如何选择零件的材料是零件设计的重要一环

从各种各样的材料中选择出要使用的材料，是一项受多方面因素所制约的工作。因此，如何选择零件的材料是零件设计的重要一环。选择机械零件材料的原则是：所需材料应满足零件的使用要求并具有良好的工艺性和经济性等。

01

使用要求

机械零件的使用要求表现为以下几点：

（1）零件的工作状况和受载情况以及为避免相应的失效形式而提出的要求。

工作状况是指零件所处的环境特点、工作温度及摩擦和磨损的程度等。在湿热环境或腐蚀介质中工作的零件，其材料应具有良好的防锈和耐腐蚀能力，在这种情况下，可先考虑使用不锈钢、铜合金等。工作温度对材料选择的影响主要有两个方面：一方面要考虑互相配合的两零件材料的线膨胀系数不能相差过大，以免在温度变化时产生过大的热应力或者使配合松动；另一方面也要考虑材料的力学性能随温度而改变的情况。在滑动摩擦下工作的零件，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢等品种或选用减摩和耐磨性能好的材料。

受载情况是指零件受载荷、应力的大小和性质。脆性材料原则上只适用于制造在静载荷下工作的零件；在有冲击的情况下，应以塑性材料作为主要使用的材料；对于表面受较大接触应力的零件，应选择可以进行表面处理的材料，如表面硬化钢；对于受应变力的零件，应选择耐疲劳的材料；对于受冲击载荷的零件，应选择冲击韧性较高的材料；对于尺寸取决于强度而尺寸和质量又受限的零件，应选择强度较高的材料；对于尺寸取决于刚度的零件，应选择弹性模量较大的材料。

金属材料的性能一般可通过热处理加以提高和改善，因此，要充分利用热处理的手段来发挥材料的潜力；对于最常用的调制钢，由于其回火温度的不同可得到力学性能不同的毛坯。回火温度越高，材料的硬度和刚度将越低，而塑性越好。所以在选择材料的品种时，应同时规定其热处理规范，并在图样上注明。

（2）对零件尺寸和质量的限制。

零件尺寸及质量的大小与材料的品种及毛坯的制造方法有关。生产铸造毛坯时一般可以不受尺寸及质量大小的限制；而生产锻造毛坯时，则需注意锻压机械及设备的生产能力。此外，零件尺寸和质量的大小还和材料的强重比有关，应尽可能选择强重比大的材料，以便减小零件的尺寸及质量。

（3）零件在整机及部件中的重要程度。

（4）其他特殊要求（如是否需要绝缘、抗磁等）。

02

工艺要求

为使零件便于加工制造，选择材料时应考虑零件结构的复杂程度、尺寸大小及毛坯类型。对于外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑采用铸造毛坯，则需选择铸造性能好的材料；若考虑采用焊接毛坯，则应选择焊接性能好的低碳钢。对外形简单、尺寸较小、批量较大的零件，适合冲压和模锻，应选择塑性较好的材料。对需要热处理的零件，材料应具有良好的热处理性能。此外，还应考虑材料本身的易加工性以及热处理后的易加工性。

03

经济性要求

（1）材料本身的相对价格

在满足使用要求的前提下，应尽量选用价格低廉的材料。这一点对于大批量制造的零件尤其重要。

（2）材料的加工费用

当零件质量不大而加工量很大时，加工费用在零件总成本中会占很大比例。尽管铸铁比钢板廉价，但对于某些单件或小批量生产的箱体类零件来说，采用铸铁比采用钢板焊接的成本更高，因为后者可以省掉模具的制造费用。

（3）节约材料

为了节约材料，可采用热处理或表面强化（喷丸、碾压等）工艺，充分发挥和利用材料潜在的力学性能；也可采用表面镀层（镀铬、镀铜、发黑、法蓝等）方法，以减轻腐蚀和磨损的程度，延长零件的使用寿命。

（4）材料的利用率

为了提高材料的利用率，可采用无切削或少切削加工，如模锻、精铸、冲压等，这样不但可以提高材料的利用率，同时还可减少切削加工的工时。

（5）节约贵重材料

通过采用组合结构，可节约价格较高的材料，如组合式结构的蜗轮齿圈采用减摩性较好但价格贵的锡青铜，而轮芯则采用廉价的铸铁。

（6）节约稀有材料

在这方面，可采用在我国资源较丰富的锰硼系列合金钢代替资源较少的铬镍系合金钢，以及采用铝青铜代替锡青铜等方法。

（7）材料的供应情况

在选择材料时，应选用本地就有且便于供应的材料，以降低采购、运输、储存的成本；从简化材料品种的供应和储存的角度出发，对于小批量生产的零件，应尽可能减少在同一台机器上使用材料的品种和规格，以简化供应和管理，并可在加工及热处理过程中更容易掌握最合理的操作方法，从而提高制造质量，减少废品，提高劳动生产率。

责任编辑：lq