常用机械工程材料的选用.ppt

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1、第七章材料选择概述选材的动机：首次开发生产一种新产品、新零件或新装置；现有产品的改进和更新换代；零件过早失效甚至灾难性事故发生后，需改变用材。§7.1选材的基本原则及方法§7.2典型零件选材及工艺分析§7.1选材的基本原则1.使用性能原则----首要原则2.工艺性能原则3.经济性原则----根本原则4.环境与资源原则一、性能原则----首要原则1.分析零件的工作条件1)首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载荷引起的应力分布。i载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。ii计算应力是确定材料使

2、用性能的数量依据。2)考虑零件的工作环境：环境因素会与零件的力学状态综合作用，提出更为复杂的性能要求。3)最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。受力状况:载荷的类型（如静载、动载、循环载荷或单调载荷等），载荷的作用形式（如拉伸、压缩、弯曲或扭转等），载荷的大小以及分布特点（如均布载荷或集中载荷）。环境状况温度（如低温、高温、常温或变温）及介质情况（如有无腐蚀或摩擦作用）。特殊功能导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。2.进行失效分析失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的

3、主要使用性能。几种常用零件的工作条件和失效形式如下:零件工作条件常用失效形式性能要求应力种类载荷性质受载状态螺栓拉、剪静载──过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯、扭循环，冲击轴颈摩擦疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环，冲击摩擦，振动断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳表面高强度及疲劳极限，心部强度及韧性弹簧扭、弯交变，冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限3．零件性能要求的指标化将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能指标（如强度、韧性、塑性、硬度等）,再根据工作应力、

4、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。(1)受力状况不同，设计依据的性能指标、计算公式不同。(2)应综合考虑塑性、韧性和强度指标，并加以合理的配合。在利用具体性能指标进行选材时，必须注意实验室指标、手册性能数据、经验关系式的局限性。二、工艺性能原则：1.金属材料的工艺性能金属零件的加工工艺路线性能、质量要求不高的零件毛坯─→正火或退火─→切削加工─→零件。如铸铁或碳钢，只要注意采用适宜的毛坯制造方法，其工艺性能均能满足要求。性能要求较高的零件（如轴、齿轮等）毛坯─→预先热处理（正火、退火）─→粗加工─→

5、最终热处理（淬火十回火，固溶时效，渗碳处理等）─→精加工─→零件。金属零件用材多为碳钢、合金钢、高强铝合金等，其中有些材料的加工性能存在问题，因此选材时应注意对其工艺性能的分析。性能和质量要求极高的零件（如精密丝杠）毛坯─→预先热处理（正火、退火）─→粗加工─→最终热处理（淬火+低温回火，固溶时效或渗碳）─→半精加工─→稳定化处理（或氮化）─→精加工─→稳定化处理─→零件。加工路线复杂，加工精度和质量要求高，在选材时应务必保证材料的工艺性能。2.高分子材料的工艺性能高分子材料的加工工艺路线表高分子材料主要

6、成形工艺特点工艺适用材料形状表面光洁度尺寸精度模具费用生产率热压成形范围较广复杂形状很好好高中等喷射成形热塑性塑料复杂形状很好非常好很高高热挤成形热塑性塑料棒类好一般低高真空成形热塑性塑料棒类一般一般低低3.陶瓷材料的工艺性能成形后，受陶瓷加工性能的局限，除了可以用碳化硅或金刚石砂轮磨削加工外，几乎不能进行任何其它加工。因此陶瓷材料的应用在很大程度上也受其加工性能的限制。陶瓷材料的加工工艺路线表陶瓷材料成形工艺的比较工艺优点缺点粉浆成形可做形状复杂件、薄壁件，成本低收缩大，尺寸精度低，生产率低压制成形可做

7、形状复杂件，有高密度和高强度，精度较高设备较复杂，成本高挤压成形成本低，生产率高不能做薄壁件，形状要对称可塑成形尺寸精度高，可做形状复杂件成本高三、经济性原则---根本原则产品成本与性能的关系：产品成本分析1.基本材料的成本材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额（30-70%）。选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一；提高材料的利用程度，降低制造过程中的材料消耗量（我国钢材利用率平均为65%，而美国达到80%）。材料价格（美元/t）材料价格（美元/t）铂26,000,000工业金刚石900,00

8、0,000金19,100,000硼―环氧树脂复合材料330,000钨26,000碳纤维复材料（CFRP）200,000钛合金10,190~12,720玻璃纤维复合材料（GFRP）2400~3300黄铜（型材）1650~2336尼龙663289铝合金（型材）2000~2440环氧树脂1650低碳钢（型材）440~480天然橡胶1430铸铁260Al2O31100-1760硬质合金66,000玻璃1500常见工程材料价格我国常用金