机械零件的材料与选用

机械零件的材料与选用14机械1赵元志01强度材料在外力作用下抵抗破坏(永久变形和断裂)的能力称为强度。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。（材质要能经得起应用场景中受力的考验，不弯、不断、不碎、不变形）02弹性▼弹性是物体本身的一种特性，发生弹性形变后可以恢复原来的状态的一种性质。（材质吸收受力、能在不同方向弯曲并且能够恢复到原来的状态能力）03成型性能▼成型性能是指材质通过制造工艺达到最终产品形态的容易程度。（材料的成型性能是否简单方便需要考虑）04延性▼延性是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。金、铜、铝等皆属于有较高延性的材料。05抗拉强度▼抗拉强度表示单位面积的破碎力，是指材料或构件受拉力时抵抗破坏的能力。在大多数其它材料(金属、塑料、木材等)的测试中，抗张强度是指式样被拉伸断裂时承受最大载荷与试样横断面积的比值。06延展性▼延展性是指可锤炼可压延程度。易锻物质不需退火可锤炼可压延。可锻物质，则需退火进行锤炼和压延。脆性物质则在锤炼后压延程度显得较差。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性，在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。（材料再次塑性的能力）07韧性▼韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。（材质抗冲击能力，突然敲打一下，不会断裂或者破碎）08硬度▼硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。（较硬的材质一般更抗刮擦，耐用，抗撕裂和压痕）09导电性能▼物体传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。物体导电的能力。一般来说金属、半导体、电解质溶液或熔融态电解质和一些非金属都可以导电。（导电性好的材料导热性能也不错）机械零件的工艺性及标准化一、工艺性零件设计要求使用要求----具备所要求的工作能力；制造要求----制造工艺可行，成本低；零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理制备方法：选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制2)结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；尽量减少加工面数和加工面积；3)合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。尽量采用标准件；增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；4)尽量减小零件的加工量毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制二、标准化内容：1)产品品种规格的系列化将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。定义：标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复事务和概念，通过制定、发布和实施标准，以获得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现互换；3)产品质量标准化要保证产品产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制基本特征：统一、简化。意义：1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又能降低成本；2)设计方面可减少设计工作量；3)管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，以获得最佳的社会经济成效。标准层次：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。推荐性标准（GB/T）----鼓励企业自愿采用。标准性质强制标准（GB）----必须强制执行；作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制▲两栖液压钳工程机械设备，它可以在铁轨上随意移动工作，放下轮子可以在道路行驶机械零件的常用材料及其选择机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等。一、金属材料1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。铸铁常用金属材料钢铜合金----含碳量2%----含碳量≤2%铁碳合金特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用范围极其广泛。表9-2常用材料的相对价格材料种类规格相对价格热轧圆刚碳素结构钢Q235（φ33~42）1铸件优质碳素钢（φ29~50）1.5~1.8合金结构钢（φ29~50）1.7~2.5滚动轴承钢（φ29~50）3合金工具钢（φ29~50）3~204Cr9Si2耐热钢（φ29~50）5灰铸铁铸件0.85碳素钢铸件1.7铜合金、铝合金铸件8~10价格便宜且供应充分我国资源丰富景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制3.铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：辗压、铸造。应用：应用范围广泛。种类青铜黄铜轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料1.橡胶橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制2.塑料塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：设计机械零件时，选择合适的材料是一项复杂的技术经济问题设计者应根据零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。零件材料各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的品种。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制表1常用钢铁材料的牌号及力学性能材料力学性能试件尺寸类别牌号强度极限σB屈服极限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素结构钢Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525优质碳素结构钢3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金结构钢40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018铸钢ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰铸铁HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨铸铁QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~200景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制