工程材料第12章　工程材料的选用.pptx

第12章　工程材料的选用 主编第12章　工程材料的选用1.要掌握哪些知识和技能才能正确合理地选用材料？2.对一个零件进行选材要考虑哪些因素？3.汽车零件服役多久就要定期进行检查、维修和保养？4.多大的生产成本是可接受的？12.1　材料选用时要考虑的因素12.2　材料的选用内容及方法12.3　典型零件的材料选用举例12.1　材料选用时要考虑的因素12.1.1　使用性能因素12.1.2　工艺性能因素12.1.3　经济性因素12.1.4　环境因素12.1.1　使用性能因素使用性能(performance characteristics)指零件在使用状态下，材料应具备的力学性能、物理性能和化学性能，是材料选用时首先要考虑的因素。不同零件所要求的使用性能不同，对于大量的机器零件和工程构件，使用过程中承受各种形式的外力作用，要求材料在规定的期限内，不超过规定的变形度或不产生破断，即要求具有良好的力学性能。强度(strength)是材料的基本力学性能，而材料的塑性(ductility)、韧性(toughness)等是保证材料使用安全性的重要指标。以强度为设计依据时，应按零件的实际要求选用材料，例如轧钢机架除要求具有一定的强度外，还要满足特定尺寸、形状和一定的重量要求，以保持设备的稳定性，可选用中低强度材料；而航空、航天材料为保证飞行速度，则要尽量减小尺寸，降低重量，必须选用高强度材料。承受不同类型的载荷(load)，材料的选择也不同。如承受拉伸载荷(tensile load)的零件，表层和心部应力分布均匀，材料应具有均一的组织和性能，选用的钢必须具有良好的淬透性。承受弯曲和扭转载荷(bending and torsional load)的零件，表层和心部应力相差较大，可选用淬透性低的钢种进行表面热处理或化学处理。承受交变载荷(repeated load)的零件，除要求具有高的疲劳强度(fatigue strength)外，缺口敏感性(notch sensitivity)也十分重要。12.1.1　使用性能因素不同环境下工作的零件，对材料的要求也不同。高温条件下工作的零件，要选择组织稳定性好的材料；低温条件下工作的零件，要选择韧脆转变温度低的材料；腐蚀环境下工作的零件，要选择具有良好耐蚀性的材料。还有一些工程零件，除要求具有良好的力学性能外，还对其物理和化学性能有特别的要求，如要求具有良好的导电性(electric conductivity)、磁性(magnetism)、导热性(heat conductivity)、热膨胀性(thermal expansivity)、密度(density)、外观(appearance)等。12.1.2　工艺性能因素工艺性能(processing properties)是指材料在加工过程中被加工成形(shaped)的能力。金属零件通常是经过铸造、锻造、焊接、热处理以及切削加工等方式成形，因而金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等；高分子零件是通过热压、注射、热挤压等方法成型，有些还经过切削、焊接等后续加工，其加工性能包括可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等；陶瓷零件则是通过粉末压制烧结成形，有些还需热处理或磨削加工。材料的工艺性能决定了零件成形的可行性(feasibility)、生产效率(efficiency)及成本(cost)，有些还直接影响零件的使用性能，因此选用材料时一定要考虑其工艺性能。一个零件的加工制造方法可能有几种选择(several options)，比如齿轮可以用棒料切削加工，也可以采用精密铸造，还可以用模锻坯切削加工。采用哪种方法应从产量上考虑，大批量生产时，采用模锻齿轮既能达到性能要求，又可保证产品质量，提高生产效率和降低成本。每种加工方法又有其特殊的加工对象，如铸铁只能采用铸造工艺，陶瓷只能用粉末冶金方法，高碳钢采用热压力加工，钢可以采用淬火方式强化，而变形铝合金只能采用形变或时效方式来强化。12.1.3　经济性因素在满足使用性能和工艺性能的前提下，保证用最低的成本、最小的能量消耗，产生最少的废料和环境污染，实现最高的劳动生产率来获得最优质的产品是工程师的最高追求目标。零件的总成本包括制造成本(材料的价格、零件的自重、零件的加工费用、试验研究费用等)和附加成本(零件的寿命，即更换零件的费用、停机损失费和维修费用等)。在保证零件使用性能的前提下，尽量选用价格便宜的材料，可降低零件总成本。但是有时选用性能好的材料，尽管价格较贵，但是可通过减轻零件的自重、延长使用寿命、降低维修费用等使得总成本降低。材料的选用要立足于我国的资源和国情，考虑材料的供应情况。按照国家标准，尽量选购少而集中的种类和规格的材料，以便于采购和管理。12.1.4　环境因素材料在加工