选用工程材料的一般原则

第十一章 材料的选用
Ch11 材料的选择与应用
§1 选用材料的一般原则 §2 零件的失效与选材 §3 典型零件的选材与工艺 §4 可持续发展战略下的材料选择
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
3.焊接性能 钢铁材料的焊接性随其碳和合金 元素含量的提高而变差，因此钢比铸铁易于 焊接，且低碳钢焊接性能最好、中碳钢次之， 高碳钢最差。铝合金、铜合金的焊接性能一 般不好，应采用一些高级的焊接方法（如氩 弧焊）或特殊措施进行焊接。
❖理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能，即 技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利用率 高，保证甚至提高产品的质量。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
1.铸造性能 凡相图上液-固相线间距越小、 越接近共晶成分的合金均具有较好的铸造性 能。因此铸铁、铸造铝合金、铸造铜合金的 铸造性能优良；在应用最广泛的钢铁材料中， 铸铁的铸造性能优于铸钢，在钢的范围，中、 低碳钢的铸造性能又优于高碳钢，故高碳钢 较少用做铸件。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
2.压力加工性能 包括变形抗力，变形温度范围，
产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来说， 铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工艺性能 有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含量增高， 其压力加工性能变差；故高碳钢或高碳高合金钢一 般只进行热压力加工，且热加工性能也较差，如高 铬钢、高速钢等；高温合金因合金含量更高，故热 压力加工性能更差。变形铝合金和大多数铜合金， 像低碳钢一样具有较好的压力加工性能。
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第十一章 材料的选用
概
述
❖材料的选择与应用是机械设计与制造工作中重要的基 础环节，自始至终地影响整个设计过程。
❖选材的核心问题是在技术和经济合理的前提下，保证 材料的使用性能与零件（产品）的设计功能相适应。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
5.热处理工艺性能 必须首先区分是否可进行热处理强化，如
纯铝、纯铜、部分铜合金、单相奥氏体不锈 钢一般不可热处理强化；对可热处理强化的 材料而言，热处理工艺性能相当的重要。
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第十一章 材料的选用
三、经济性能选材原则
§1 选材的原则
质优、价廉、寿命高，是保证产品具有竞 争力的重要条件；在选择材料和制定相应的 加工工艺时，应考虑选材的经济性原则。
➢②工作环境：如温度（常温、高温、低温或变 温），介质（有无腐蚀介质、润滑剂）；
➢③其它要求：如导热性、密度与磁性等。在全面 分析工作条件的基础上确定零件的使用性能，如 交变载荷下要求疲劳性能、冲击载荷下工作要求 韧性、酸碱等腐蚀介质中工作则要求耐蚀性等。
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第十一章 材料的选用
❖掌握各类工程材料的特性、正确选用材料及相宜的加 工方法（路线）是对机械设计与制造工程人员（广义 地应是对所有的从事产品设计与制造的技术人员）的 基本要求。
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第十一章 材料的选用
一、使用性能选材原则
§1 选材的原则
❖分析零件的工作条件，确定其使用性能：
➢①受力情况：如载荷性质（静载、动载、交变载 荷）、形式（拉压、弯曲、扭转、剪切）、分布 （均匀分布、集中分布）与大小，应力状态；
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（高分子材料 ）
高分子材料的加工工艺主要为成型加工，且工艺 性能良好，所用工具为成型模（其中主要为塑料 模），具体的成型方法很多，如注射成型、吹塑成 型、挤压成型等；也易于进行切削加工，但因其导 热性能较差，在切削过程中应注意工件温度急剧升 高而导致的软化（热塑性塑料）和烧焦（热固性塑 料）现象。少数情况下，高分子材料还可进行焊接 与热处理，其工艺简单易行。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（陶瓷材料 ）
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性 能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉浆 成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方法。陶 瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶瓷外(如 氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷虽 可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必须选用超 硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可进行热处理， 但因导热性与耐热冲击性差，故加热与冷却时应小 心，否则极易产生裂纹。
一、使用性能选材原则
§1 选材的原则
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第十一章 材料的选用
二、工艺性能选材原则
§1 选材的原则
❖材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加工 工艺而获得规定的使用性能和外形的能力，因此工 艺性能影响了零件的内在性能、外部质量以及生产 成本和生产效率等。
❖材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性能 也是选材时应考虑的因素。
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
4.机械加工性能 主要指切削加工性和磨削加工性，其 中切削加工性最重要。一般来说材料的硬度越高、加 工硬化能力越强、切屑不易断排、刀具越易磨损，其 切削加工性能就越差。在钢铁材料中，易切削钢、灰 铸铁和硬度处于180～230HBS范围的钢具有较好的切 削加工性能；而奥氏体不锈钢、高碳高合金钢(高铬 钢、高速钢、高锰耐磨钢)的切削加工性能较差。铝、 镁合金及部分铜合金具有优良的切削加工性能。