機械零件材料的選擇方法

從各種各樣的材料中選擇出要使用的材料，是一項受多方麵因素（sù）所製約的工（gōng）作。因此，如何選擇（zé）零件的材料是（shì）零件（jiàn）設計的重要一環。選擇機械零件材料的原則是（shì）：所需材（cái）料應滿足零件的使用要（yào）求並具有良好的工藝性和經濟性（xìng）等。

01

使用要求

機（jī）械零件的使用要求表現為以下幾（jǐ）點：1）零件的工作（zuò）狀（zhuàng）況和受載情（qíng）況（kuàng）以及為（wéi）避免相應（yīng）的（de）失效形式而提出的要求。工作（zuò）狀況是指零件所處的環境特點、工作溫度及摩擦和磨（mó）損的程度等。在濕熱環境或腐蝕介質中工（gōng）作的零件，其（qí）材（cái）料應具有良好的防鏽和耐（nài）腐蝕能力，在這種情況下，可先考慮使用不鏽鋼（gāng）、銅合金等。工作溫（wēn）度對材料選擇（zé）的影響主要有兩（liǎng）個方（fāng）麵：一（yī）方麵要考慮互相配（pèi）合的兩零（líng）件材料的線膨脹係（xì）數不能相差過大，以免在溫度變化時產生過大的熱應力或者使配合鬆動；另一（yī）方麵也要考慮（lǜ）材料的力學性能隨溫度而（ér）改（gǎi）變的情況。在滑動摩擦下工作的零件，要提高其表麵硬度，以增強耐磨性，應選擇（zé）適（shì）於進行（háng）表麵處理（lǐ）的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼等品種或選用減摩和耐磨性能好的材（cái）料。受載情況（kuàng）是指零件受載荷、應力的大小和性質。脆性材料原則上隻適用於製造在靜載荷下工作的零件；在（zài）有衝（chōng）擊的情（qíng）況（kuàng）下，應以塑（sù）性（xìng）材（cái）料作為主（zhǔ）要（yào）使用的材料；對於表麵受（shòu）較大接觸應力（lì）的（de）零件，應選擇可以進行表麵處理的材料，如表麵硬化鋼；對於（yú）受應變力的零件，應選擇耐疲勞的材料；對於受（shòu）衝擊載荷的零件（jiàn），應選擇衝擊韌性較（jiào）高的材料；對於尺（chǐ）寸取決於強度而尺寸和質（zhì）量又受限的零件，應選（xuǎn）擇（zé）強度較高的（de）材料；對於尺寸取決於剛度的零件，應（yīng）選擇彈性模量較大的材料。金屬材料的性（xìng）能（néng）一般可通過熱處理加以提高和改善，因此，要充分（fèn）利用熱處理的手段來發揮材料的潛力；對於最常用的（de）調製鋼，由於其回火（huǒ）溫度的不同可得到（dào）力學性能不同的毛坯。回火溫度越高，材（cái）料的硬度和剛（gāng）度將越（yuè）低，而塑性越好。所以在選擇材料的品種（zhǒng）時，應同時規定其（qí）熱處理規範，並（bìng）在（zài）圖樣上注明。2）對零件尺寸（cùn）和質量的限製。零件尺寸及質量的大小與材料的（de）品種及毛坯的製造（zào）方法有關。生產鑄造毛坯時一般可以不受尺寸及質量（liàng）大小（xiǎo）的限（xiàn）製；而（ér）生產鍛造毛（máo）坯時，則需注（zhù）意鍛壓機械及設備的生產能力。此外，零件尺寸和質量的大（dà）小還和材（cái）料的強重比有關，應盡可能選（xuǎn）擇（zé）強重比大的材料，以便減小零件的（de）尺寸及質量。3）零件在整（zhěng）機及部件中的重要程度。4）其他特殊要（yào）求（如是否需要絕緣、抗（kàng）磁等）。

02

 工藝要求

為使零件便於加工製造（zào），選擇材（cái）料時應考慮零（líng）件結（jié）構的複雜程度（dù）、尺寸大小及（jí）毛坯類型。對（duì）於外形複雜（zá）、尺（chǐ）寸較大的零（líng）件，若考慮采用（yòng）鑄造毛坯，則需選擇鑄造性能好的材料（liào）；若（ruò）考（kǎo）慮采用焊接毛坯，則應選擇焊接性能好的低（dī）碳鋼。對外形簡單、尺寸較小、批量較大的零件，適合衝壓和模鍛，應選擇塑（sù）性較好的材料。對需要熱處理（lǐ）的零件，材料應具有良（liáng）好的熱處理（lǐ）性能（néng）。此（cǐ）外，還應考慮材料本身的易加工性（xìng）以及熱處理後的易加工（gōng）性。

03

經濟（jì）性要求

1）材料本身的相對價格在滿足使用要求的前提下，應盡量選用價格低廉的材料。這一點對於大（dà）批量製造的零件尤其重要。2）材料的加工費用當零件質量不大而加工（gōng）量很大時，加工費用在零件（jiàn）總成本中會占很大（dà）比例。盡管鑄鐵（tiě）比鋼板廉價（jià），但對於某些單件或小批量生產（chǎn）的（de）箱體類零件來（lái）說，采用鑄鐵比采用鋼板焊接的成本更高，因為後者可以省掉模具的製造費用。3）節約材料為了節（jiē）約材料，可采用（yòng）熱處理或表麵強化（噴丸、碾壓等）工藝，充分（fèn）發揮和利用材料潛在的（de）力學性能；也可采用表麵鍍層（鍍（dù）鉻、鍍銅、發黑、法藍（lán）等）方法（fǎ），以減輕腐蝕和磨損的程度，延長零件的使用壽命。4）材料的利用率為（wéi）了提高材料的利用率，可采（cǎi）用無切削或少切削加工，如模（mó）鍛、精鑄、衝壓等，這樣不但可以提高材料的利用率，同時還可減少切削加（jiā）工的工時。5）節約貴重材料通過采用組合結構，可節約價格較高的材料，如組合式結構（gòu）的蝸輪齒圈（quān）采用（yòng）減摩性較好但價（jià）格貴的錫青銅，而輪（lún）芯則采用廉價的鑄鐵。6）節約（yuē）稀有材料在這方麵，可采用在我國資源較豐富的錳硼係（xì）列合金鋼代（dài）替資源較少（shǎo）的鉻鎳係合金（jīn）鋼（gāng），以及采用鋁青（qīng）銅代替（tì）錫（xī）青銅（tóng）等方法。7）材料的供應情況在（zài）選擇材料時，應選用本（běn）地就有且便於供應的材料，以（yǐ）降低采購、運輸（shū）、儲存的成本；從簡化材（cái）料品種的供應和儲存的角度（dù）出發，對於小批（pī）量生產的零件（jiàn），應盡可能減少在同一台機器上使用（yòng）材料的品種和規（guī）格，以簡（jiǎn）化供應和管理，並可在加工（gōng）及熱處理過程中更容易掌（zhǎng）握最合理的操作方法，從而提（tí）高製造質量，減少廢品，提高勞動生產率。