材料的选用.pptVIP

常用材料的性能比较 但在压缩应力作用下，裂缝倾向于弥合，所以这些材料具有较高的压缩强度。在动态应力作用下，必须考虑疲劳强度，显然金属材料抗疲劳断裂的性能比聚合物和复合材料都要好。表8-3列出了一些常用材料的屈服强度或抗拉强度。 表8-3 常用材料的屈服强度或抗拉强度 常用材料的性能比较 2. 韧性 材料在工作过程中发生振动或者冲击，就必须考虑断裂韧性。高分子材料的断裂韧性普遍较低，复合材料中的玻璃纤维增强型塑料有较高的断裂韧性。陶瓷基复合材料也有较高的断裂韧性。金属材料中的淬火、回火中碳钢具有最高的断裂韧性。表8-4列出了常用材料的断裂韧性值。 表8-4 常用材料的断裂韧性值 常用材料的性能比较 3. 弹性模量 金属材料通常是晶态结构，具有较高的弹性模量；复合材料的弹性模量比较容易提高，尤其是树脂基复合材料，基体本身的模量很低，但与高模量纤维复合后，就能使弹性模量几十倍乃至上百倍的提高；陶瓷材料的比模量(弹性模量与密度之比)最高，聚合物的比模量最低。表8-5列出了常用材料的弹性模量。 表8-5 常用材料的弹性模量 常用材料的性能比较 二、材料的物理性能比较 材料的物理性能包括热性能、光电性能，这些性能主要体现在热导率、热胀系数与电导率等方面。 1. 热导率与热胀系数 金属材料的热导率最大；聚合物的热导率几乎为零；复合材料的热导率变化很大；陶瓷材料的热导率较低。如设计导热设备时，尽可能选择热导率大的材料；若选择保温材料时，尽可能选择热导率小的材料。 聚合物与大多数金属材料和陶瓷材料相比有较大的热胀系数。热胀系数小，在升温和降温时易开裂。选择陶瓷材料考虑抗热冲击性能时，需同时考虑陶瓷的热导率与热胀系数，热导率越大，热胀系数越小，抗热冲击性能越高。表8-6列出了常用材料的热导率。 常用材料的性能比较 表8-6 常用材料的热导率 2. 电导率 电导率是衡量材料导电能力的表观物理量，金属材料的电导率最高，而非金属材料的电导率一般较低，在选材时要考虑影响电导率变化的因素，如温度、晶体结构、晶格缺陷等。表8-7列出了常用材料的电导率。 表8-5 常用材料的弹性模量 常用材料的性能比较 典型零件的选材 金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前最主要的工程材料，它们各有自己的特性，所以各有其最合适的用途。但金属材料具有优良的使用性能，能满足绝大多数机械零件的工作要求，且金属材料具有良好的加工工艺性能，能方便地通过各种成形加工方法加工成所需产品，还能通过多种热处理途径提高和改善材料性能，充分发挥材料的潜力。因此金属材料广泛用于制造各种重要的机械零件和工程结构。下面以轴类、齿轮类、箱体类、工模具零件为例介绍典型机械零件的选材。 一、轴类零件的选材 轴是机器中的重要零件之一，一切回转运动的零件都装在轴上。根据轴的作用与所承受的载荷，可分成心轴和转轴两类。心轴只承受弯矩不传递扭矩，心轴可以转动，也可以不转动。转轴按负荷情况有以下几种：只承受弯曲负荷的，如车辆轴；承受扭转负荷为主的传动轴；同时承受弯曲和扭转负荷的，如曲轴；还有同时承受弯、扭、拉、压负荷的，如船舶螺旋桨推进轴 典型零件的选材 轴主要用于支承传动零件并传递运动和动力，是影响机械设备运行精度和寿命的关键零件。轴类零件工作时主要承受弯曲应力、扭转应力或拉压应力；轴颈处及与其他零件相配合处承受较大的摩擦和磨损作用；大多数轴类零件还承受一定的冲击力，若刚度不够，会产生弯曲变形和扭曲变形。 轴类零件失效形式有疲劳断裂、过量变形、过度磨损等。 1. 轴类零件的工作条件及失效形式 根据工作条件和失效形式，轴类零件的材料必须具有良好的综合力学性能：足够的强度、刚度、塑性和一定的韧性，以防止过载和冲击断裂；高的硬度和耐磨性，以提高轴的运转精度和使用寿命；高的疲劳强度，对应力集中敏感性小，防止疲劳断裂；足够的淬透性，淬火变形小；良好的切削加工性；价格低廉。在特殊情况下工作的轴，要求具有特殊性能，如高温下工作的轴，抗蠕变性能要好；在腐蚀性介质中工作的轴，要求耐蚀性好等。 2. 轴类零件的性能要求 典型零件的选材 在特定应用场合的轴，选材时要考虑如下的几个因素。 (1) 载荷类型和大小。承受弯曲和扭转载荷时，轴的选材对淬透性要求不高，根据轴颈大小和负荷大小部分淬透就行；承受拉、压载荷或载荷中有拉、压成分，而且拉、压成分不能忽略时，如水泵轴，要根据轴颈大小选择保证能淬透的材料。 载荷大小的合理性，应根据轴的失效形式判断认定，工作载荷小，冲击载荷不大，轴颈部位磨损不严重，例如普通车床的主轴被认定为轻载；承受中等载荷，磨损较严重，有一定的冲击载荷，例如铣床主轴被认定为中载；工作载荷大，磨损