零件的选材原则

1、选材的基本原则

    选材的基本原则是，首先满足使用性能要求，同时要考虑到材料的工艺性和经济性。

（1）使用性能

    材料的使用性能通常包括力学性能、物理性能和化学性能，对于一般的机械零件主要是力学性能。他决定了材料的使用价值和工作寿命，是选材的主要依据。

1）按力学性能选材的基本原则

    选材时，首先是分析零件的工作条件、常见的失效形式，并通过力学计算确定零件应具有的主要力学性能，作为选材的依据。下表列出了一些零件、工具的工作条件、常见的失效形式及要求的力学性能。

2）按力学性能选材时应注意的问题

（1）综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配合。

（2）合理地选定硬度值。

    硬度值是根据所需的强度（考虑与塑性、韧性的配合），结合零件的结构特点、工作条件进行折算，标注在技术条件中h一般工作时不产生应力集中、受力均匀的零件，可选定较高的硬度；有应力集中的零件，需要较高的塑性，硬度值要适当；对精密零件，为提高耐磨性，保持高精度，硬度值可大些。相互摩擦的一对零件应有一定的硬度差，以提高耐磨性。例如：相互啮合的一对齿轮，小齿轮的齿面硬度应h大齿轮高25～40HBS；螺母应比螺栓硬度低20～40HBS，可避免咬死、减少磨损。

（3）选用材料的力学性能判据数值时应注意的几个问题。

① 注意手册中各性能数据的测试条件与零件实际情况的差异。

零件的实际尺寸较大，存在缺陷（孔洞、夹杂物、表面损伤等）的可能性增加，对碳钢和低淬透性钢就有可能淬不透，故导致材料实际使用的性能数据一般应随零件尺寸的增大而减小

② 实际零件材料的成分、热处理工艺参数等与标准试样g比可能存在一定的偏差，从而导致零件的力学性能波动。

③ 同种材料采用的工艺不同，其性能数据也会不同。例如，同种材料用锻压成形的坯料就比用铸造成形的坯料力学性能好。

总之，应根据所选材料的具体情况对手册中的数据作一定的修正，必要时可进行零件的强度和寿命模拟试验，确保提供的数据可靠。　　（返回TOP）

（2）工艺性

    工艺性能是指零件在各种加工过程中所表现出来的性能。他决定了所选材料能否顺利加工制造成所需的零件。

1）铸造性能

    材料的铸造性能一般用流动性、收缩性和偏析来综合评定。同种材料中，共晶成分的合金铸造性能好。通常，铸造铝合金、铸造铜合金、铸铁的铸造性p优于铸钢。铸铁中，灰铸铁的铸造性能最好。

2）锻压性能

    材料的锻压性能一般用塑性和变形抗力来评定。通常，碳钢的锻压性能优于合金钢；低碳钢优于高碳钢。

3）焊接性能

    材料的焊接性能一般用焊缝处出现裂纹、气孔的倾向和焊缝强度来衡量。低碳钢和低合金高强度结构钢的焊接性良好，含碳量和合金元素含量越高，焊接性越差。铜合金和铝合金的焊接性较差，灰铸铁基本上不能焊接。

4）切削加工性

    材料的切削加工性常用切削抗力、最高切削速度、切削时切屑排除的难易程度、刀具磨损量、切削后零件表面粗糙度等来衡量。一般，材料的硬度在170～230HBS范围内，切削加工性良好。

5）热处理工艺性

    材料的热处理工艺性常用淬透性、淬硬性、淬火变形与开裂倾向、氧化、脱碳、耐回火性和回火脆性等来衡量。一般，碳钢的淬透性差，淬火易变形开裂；合金钢的淬透性优于碳g；合金钢的耐回火性优于碳钢；锰钢加热时，过热倾向性大；硅钢加热时，脱碳倾向性大。　

（3）经济性

    经济性是指所选材料加工成零件后的成本高低，主要包括：材料费用、加工费用、管理费用o运输费、安装费、维修保养费用等。对一些重要、精密、加工复杂的零件和使用周期长的工模具，还应考虑使用寿命。总之，零件总成本的高低需考虑多项因素，进行综合分析比较，切不可只单纯考虑材料的价格。

2、按力学性能选材的基本方法

1）以综合力学性能为主时的选材

    机器中的大多数轴、杆、套类零件，承受静、动载荷的作用，主要失效形式是过量变形，要求材料具有较好的综合力学性能，一般可选用中碳钢或中碳合金钢，采用调质处理或正火处理。

2）以疲劳强度为主时的选材

    发动机的曲轴、齿轮、弹簧、滚动轴承等零件承受交变载荷作用，主要失效形式是疲劳破坏。这类零件的选材及热处理应充分考虑提高疲劳性能。对承载较大:零件可选用淬透性要求较高的材料。调质钢进行表面淬火、渗碳钢进行渗碳淬火、氮化钢进行氮化以及喷丸、滚压等处理均有利于提高疲劳强度。

3）以磨损为主时的选材

（1）承载不大，摩擦较大。这类零件有量规、钻x、顶尖、冷冲模、刀具等，主要失效形式是磨损，要求材料具有高硬度和高耐磨性，可选用高碳钢和高碳合金钢，进行淬火和低温回火，获得高硬度的回火马氏体和碳化物，满足高耐磨性的要求。

（2）承受交变载荷、冲击载荷，且摩擦较大。这类零件有n车变速箱的齿轮、重要的轴等，主要失效形式是磨损、过量变形和疲劳破坏，要求材料表面硬耐磨、心部强而韧（或综合性能好），应根据零件的具体承受冲击载荷和摩擦情况选择适于表面淬火、渗碳的材料（中碳或中碳合金钢、低碳或低碳合金钢）或氮化用钢，进行适当的热处理。

    此外，高应力和很大冲击载荷作用下的零件，如坦克履带、铁路道岔等，即要求材料具有高硬度，又要求有很好的韧性，可选用高锰耐磨钢。

3、选材的基本步骤

1）分析零件的工作条件、失效形式，确定零件的使用性能和工艺性能等相关性能。

2）从使用性能、加工工艺、原材料工艺等各方面，对同类产品进行调研，分析选材的合理性。

3）找出关键的性能要求，通过力学计算或试验，确定零件应具有的力学性能判据或理化性能指标。

4）结合材料的工艺性和经济性，根据力学性能判据，选择合适的材料，确定热处理方法或其他强化方法。

5）对重要零件或大批m产的零件，应进行试验，以检验所选材料及热处理方法能否达到各项性能要求。试验结果符合要求后，方可批量生产。

    上述步骤仅供练习选材时参考，并非一成不变，实际选材时应结合零件的具体情况有所侧重。