金属零件选材的一般原则

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在机 器 制造 中，影 响产 品质 量和 生产 成 本 的因素 很多，其中材料 的选 用是否恰 当，往 往起到关键 的作用 。在机 械零件设计和 制造时 ，我们先 是按照零件工 作条件的要求 选择材料 ，然后 根据所选材料 的力学性能和 工艺性能确定零件的结构和尺 寸。在制造零件 时，我们再按照所 用的材料制定加工工艺方案 。

因此 ，在机械 零件制造 的选材 时，我们应主要考虑 零件 的工作条件 、材料 的工艺性能和产 品的成本 ，现将 常用金属材料及有关选材 的-些基本原则分述如下。

-、 常用金属材料1.铸铁铸铁是极其重 要的铸造合金 ，它 大量用于制造机器 设备 。铸铁件 通常 占机器 设备总重量 的50%以上 。主要用 来制造机 床床身 、机座 、壳体、导轨 、衬套 、活塞环等耐腐蚀 、耐热、耐磨等零部件2.碳素钢碳 素钢中 的碳是最 重要的成分 ，其含 量对 于钢 的组织和性 能有 极大的影响 。钢 中的碳量越 多，则硬 度越高 ，塑性越低。硅、锰、磷、硫等杂质对钢的组织和性能也有-定 的影响，其 中磷和硫是有害 的。

含碳量 小于0.25%的低碳钢 ，强度小而塑性好，可焊性好 。这类钢 多数是制成薄钢 板，用来制造各种 容器 ，或用来制造冲压 件和焊接件 ，还 可用来制造螺钉 、螺母 、垫 圈和需要渗碳 的零件等。

含碳量在0.25%0.6%的中碳钢 ，强度较高，韧性和加工性也较好 。应用时通常要经 过淬火 、回火等 热处理 。这类 钢多用来 制造 轴类、齿轮 、丝 杠、连杆 、套 筒等，其 中以4O号和45号钢应用最为广泛 。

含碳 量大于0.6%的中碳钢 ，淬火后有 较高的弹性 ，可用来制造各种弹簧、轧辊和钢丝绳等。

3.合金钢在钢 中除了有硅 、锰 、磷 、硫等杂质外 ，有 时我们还需专 门加入某些 元素 (如铬 、钼 、钒 、钛等 )，使 其具有- 定的特殊性能，这种钢叫合金钢 。

低合金钢 可以获得碳素钢难 以达 到的机械性 能。如铬钢 中的铬可提 高钢的强度和硬度 ， 比较耐磨 ，可用 来制造齿轮 、活塞销等受磨零件 。

高合金钢具有特殊的性能，如高速钢的热硬性很好 ，高锰钢 的 冲击 韧性 和耐 磨性 很 高 ，不 锈钢 的耐腐 蚀性 好等 。

二、选材的基本原则1.选用材料要满足零件工作条件 的要求零件 的工 作条 件是 各种 各样 的，如 受力 状态 就有 拉伸 、压缩 、弯 曲、扭 曲、剪切 等；载荷性质也有静载 、冲击 、交变 的不同 ；工作温度则 有室温、高温 、低温之 分；环境 介质 也 有酸 的 、碱 的、海 水 以及使 用润 滑剂等 的不同。从上列 的工作条件来看 ，受力状态和载荷性质是 反映机械性能 的；工作温度和环境介质 则是属于使用环境的。

材料 的力学性能指标是各种各 样的 ，如屈服极 限、强度极 限、疲劳 极限等反映材料 的强度指 标；延伸率 、断面收缩率等 反映材料的塑性指标 ：冲 击韧性、断裂韧性等 则反映材料 的韧性指标 。

由于选材 的基本 出发 点是要满 足零件的强度要求 ，所以各种强度指标 都直接用于零件 断面尺 寸的设计计算 。至于材 料的硬度指标 ，虽可对强度性 能作 出-定量 的估计 ，也可用于零件 的设计计算 。测量硬度 的方法 比较简便 ，在生产实际 中应用很 多。

2.选择材料要依据材料 的工艺性能零件 的 生产 方法 不 同，会 直接 影 响其质 量和 生产 成本 ○属材 料 的基 本加 工方 法有 铸造 、锻 造 、冲压 、焊接 、切削加工和热 处理等 ，各种加工工 艺对 材料均有其工艺性 能要求 。依据 所设计零件 的制造方 法，应选用工艺性能优 良的材料 ，以便降低制造成本 ，减少废 品的产生。

3.选择材料时必须重视材料的经济性选择材料 既要 价廉质优 ，又要立足 于国 内资源，尽力采用 国产 材料 ，特别 是国 内推广的新材料 。-般 而言 ，铸铁 能满足 要求 的就不用 铸钢 ；碳素钢能满足要求 的就不用合金钢 。例如有些 曲轴和 连杆 ，选用球 墨铸铁代 替锻 钢去生产 ，就减小了切N)Jn工量，降低 了成本。

在选材 时我们 必须重视材料 的经济性 ，不仅要考虑材料本 身的价格和制造零 件所需的-切 费用 ，还 要考虑材料的功能 。根据价值工程 的原理：价值 -功能/成本 。用它计算 出的结果进行 比较 ，价值 就不单是材料本 身的价格 了，还有材料 的功能和使用寿命等含义，所 以能够 比较全面地反映选材 的经济性。例如：制造-个耐腐蚀的容器，有三个选材方案，-是用普通碳素钢 ，制造成本为5000元，可使用 1年；二是用奥 氏体耐酸不锈钢 ，制造成本为40000元 ，可用10年 ：三是用铁素体不锈钢 ，制造成本为15000元 ，可用 6年 。根据价 值工程原理算 出-、二、三方案 的价值系 数是1：1.25：2，可见第三选材方案 的经济性更好些。