機(jī)械零件材料與選用

1、機(jī)械零件的材料與選用機(jī)械零件的材料與選用14機(jī)械1趙元志01 強(qiáng) 度材料在外力作用下抵抗破壞(永久變形和斷裂)的能力稱為強(qiáng)度。也就是說，強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。（材質(zhì)要能經(jīng)得起應(yīng)用場(chǎng)景中受力的考驗(yàn)，不彎、不斷、不碎、不變形）02 彈 性彈性是物體本身的一種特性，發(fā)生彈性形變后可以恢復(fù)原來的狀態(tài)的一種性質(zhì)。（材質(zhì)吸收受力、能在不同方向彎曲并且能夠恢復(fù)到原來的狀態(tài)能力）03 成型性能成型性能是指材質(zhì)通過制造工藝達(dá)到最終產(chǎn)品形態(tài)的容易程度。（材料的成型性能是否簡單方便需要考慮）04 延 性延性是指材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或構(gòu)件的某個(gè)截面從

2、屈服開始到達(dá)最大承載能力或到達(dá)以后而承載能力還沒有明顯下降期間的變形能力。金、銅、鋁等皆屬于有較高延性的材料。05 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度表示單位面積的破碎力，是指材料或構(gòu)件受拉力時(shí)抵抗破壞的能力。在大多數(shù)其它材料(金屬、塑料、木材等)的測(cè)試中，抗張強(qiáng)度是指式樣被拉伸斷裂時(shí)承受最大載荷與試樣橫斷面積的比值。06 延展性延展性是指可錘煉可壓延程度。易鍛物質(zhì)不需退火可錘煉可壓延?？慑懳镔|(zhì)，則需退火進(jìn)行錘煉和壓延。脆性物質(zhì)則在錘煉后壓延程度顯得較差。物體在外力作用下能延伸成細(xì)絲而不斷裂的性質(zhì)叫延性，在外力（錘擊或滾軋）作用能碾成薄片而不破裂的性質(zhì)叫展性。（材料再次塑性的能力）07 韌 性韌性表示材料在塑性

3、變形和斷裂過程中吸收能量的能力。（材質(zhì)抗沖擊能力，突然敲打一下，不會(huì)斷裂或者破碎 ）08 硬 度硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。固體對(duì)外界物體入侵的局部抵抗能力，是比較各種材料軟硬的指標(biāo)。（較硬的材質(zhì)一般更抗刮擦，耐用，抗撕裂和壓痕）09 導(dǎo)電性能物體傳導(dǎo)電流的能力叫做導(dǎo)電性。各種金屬的導(dǎo)電性各不相同，通常銀的導(dǎo)電性最好，其次是銅和金。物體導(dǎo)電的能力。一般來說金屬、半導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)和一些非金屬都可以導(dǎo)電。（導(dǎo)電性好的材料導(dǎo)熱性能也不錯(cuò)）機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、一、工藝性工藝性零件設(shè)零件設(shè)計(jì)要求計(jì)要求使用要求使用要求-具備所要求的工作能力；具

4、備所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工藝可行，成本低；制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標(biāo)志：零件工藝性良好的標(biāo)志：在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又很低。很低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法：制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄

5、造、鍛造、沖壓等方法。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 2) 結(jié)構(gòu)簡單合理結(jié)構(gòu)簡單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；3) 合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。盡量采用較低的精度和表面質(zhì)

6、量。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。欲設(shè)計(jì)出工藝性良好的零件，設(shè)計(jì)者必須虛心向

7、工藝技術(shù)人員和一線工人學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 二、二、標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：內(nèi)容： 1)1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。用戶的廣泛要求。定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過制

8、定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化零部件的通用化將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 基本特征：基本特征：統(tǒng)一、簡化。統(tǒng)一、簡化。意義：意義： 1)制造上可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品制造上可以

9、實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；質(zhì)量，又能降低成本；2)設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；3)管理維修方面可減少庫存量，便于更換損壞的零件。管理維修方面可減少庫存量，便于更換損壞的零件。標(biāo)準(zhǔn)化是組織社會(huì)化大生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)施科學(xué)管理的基礎(chǔ)，也是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要求之一。通過標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，以獲得最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)成效。標(biāo)準(zhǔn)層次：標(biāo)準(zhǔn)層次：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。推薦性標(biāo)準(zhǔn)（推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）-鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)性質(zhì)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（GB）-必須強(qiáng)制執(zhí)行；必須強(qiáng)制執(zhí)行

10、； 作為設(shè)計(jì)人員，要求必須熟悉現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會(huì)查詢和使用標(biāo)準(zhǔn)資料。無論設(shè)計(jì)何種產(chǎn)品，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 兩棲液壓鉗工程機(jī)械設(shè)備，它可以在鐵軌上隨意移動(dòng)工作，放下輪子可以在道路行駛機(jī)械零件的常用材料及其選擇機(jī)械零件的常用材料及其選擇機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金。非金屬材料如塑料、橡膠等 。一、金屬材料一、金屬材料1.1.鑄鐵：鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等?；诣T鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。2.2.鋼：鋼：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼( (不銹鋼、耐熱鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等耐酸鋼等)

11、)、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼等。、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼等。鑄鐵鑄鐵常用金常用金屬材料屬材料鋼鋼銅合金銅合金-含碳量含碳量2%-含碳量含碳量 2%鐵碳合金鐵碳合金特點(diǎn)：特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。低廉。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 選用原則：選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。硅、錳

12、、硼、釩類合金鋼。特點(diǎn)：特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W(xué)性能和加工性能。可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。零件毛坯獲取方法：零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。應(yīng)用范圍極其廣泛。表表9-2 9-2 常用材料的相對(duì)價(jià)格常用材料的相對(duì)價(jià)格材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對(duì)價(jià)格相對(duì)價(jià)格熱軋圓剛熱軋圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄鑄 件件優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950）

13、1.72.5 滾動(dòng)軸承鋼（滾動(dòng)軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 價(jià)格便宜且供應(yīng)充分 我國資源豐富 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 3.3.銅合金銅合金- -銅鋅合金，并含有少量的銅鋅合金，并含有少量的錳、錳、鋁鋁、鎳鎳特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。有良好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。零

14、件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。應(yīng)用范圍廣泛。種類種類青銅青銅黃銅黃銅軸承合金（巴氏合金）軸承合金（巴氏合金）- -含錫青銅、不含錫青銅含錫青銅、不含錫青銅二、非金屬材料二、非金屬材料1. 1. 橡膠橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 2. 2. 塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜

15、的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 3.3.其它非金屬材料：其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。皮革、木材、紙板、棉、絲等。選材因素：選材因素：設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，選擇合適的材料是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。 用途、用途、工作條件工作條件、物理物理、化學(xué)化學(xué)、機(jī)械工藝性能機(jī)械工藝性能、經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性。

16、性。零件材料零件材料各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國標(biāo)、行標(biāo)各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料的品種。的品種。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院專用 國防科大潘存云教授研制 表表1 1 常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材材 料料 力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 試件尺寸試件尺寸類類 別別 牌牌 號(hào)號(hào) 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限B B 屈服極限屈服極限S S 延伸率延伸率% mm% mmQ215 335-410 215 31 碳素碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 優(yōu)質(zhì)碳素優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnT