摘要：机械零部件设计的合理性除了结构及加工工艺合理外，材料的选择也是至关重要的因素。它影响到零部件的加工性能及使用性能。材料的选取是在保证材料的使用性能与产品的功能下选取易于加工制造的经济合理的材料。因此材料的选取对机械设备的制造成本有直接影响。本文对机械设计过程中材料的选取方法经行探究，以供设计人员参考。
关键词：加工性能；使用性能；经济合理；材料的选取
0引言
随着制造业的发展，机械产品使用量也在不断增加，加上各类有限元分析软件的发展，机械零部件的结构设计水平有了很大的提高，机械产品质量问题更多地表现在材料的选取上，合理的选取材料能有效地提高设备的工作效率，提升机械的寿命。
1常见机械工程材料的分类及特性
目前机械设计中常用的工程材料包括：金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料。金属材料由于在力学性能、工艺性能和采购成本方面的优势应用最广泛。陶瓷材料有硬、脆、耐磨、耐高温及耐腐蚀的特性，但是其加工性能较差，一般应用在刀具及模具上。高分子材料密度低、弹性好、耐磨，但是强度及刚度低，且容易老化，一般应用在受力不大的零部件上。复合材料与陶瓷材料和高分子材料相比具有更好的抗疲劳性能、比强度及耐磨性。但是材料成本高，一般应用在航空、武器等重要领域。
2材料的选取原则
材料选取在满足使用性能及强度要求下要充分考虑经济成本及环境因素，同时尽量避免稀有材料的浪费。主要选择原则如下：
2.1按使用性能选择
材料的使用性能包括物理性能、化学性力学性能及功能特性等四个方面。选择零件材料前要充分分析零件的工况：首先确定受力状态，载荷的性质、受力的形式、载荷的分布情况、载荷的大小，受拉应力还是压应力，静载荷下一般考虑材料的屈服极限，交变载荷下考虑材料的疲劳强度，冲击载荷下需要考虑材料的冲击韧性；其次确定零件的工作环境，零件满足的温度的变化范围，零件接触的介质，如果是腐蚀性介质，材料要满足耐腐蚀性。另外，还要考虑零件是否便于润滑、润滑的形式、零件的导热要求及磁性要求。充分的分析零件的使用性能才能进一步确定材料要满足的要求，缩小材料选取的范围。
2.2按工艺性能选取
材料的工艺性能是指材料满足各种加工的能力，它关系到零件的制造成本及生产效率。选取时应在满足使用要求的情况下选取易于加工成形其利用率高的材料。选择加工工艺性好的材料可降低加工能耗、自身材料消耗、降低工时及提高成品率等。是降低零件制造成本一个重要因素。
2.2.1铸造性能
铸件在重型设备零部件中占有相当大的比重，铸件的质量直接影响零部件的机械强度，因此选择材料时需要在满足机械强度的情况下要考虑材料的铸造性能，易于铸造的材料熔点低、结晶区间小。一般铸铁、铸铝合金、铸铜合金应用比较广泛。同时由于受力状态及强度的要求铸钢件应用也较多，由于碳含量越高越难铸造，一般选用中、低碳钢。
2.2.2压力加工性能
压力加工性能包括变形抗力、变形温度区间、加热及冷却方面的要求。铸铁件由于比较脆，不能压力加工，碳钢的压力加工能力与含碳量成反比，含碳量越高越难加工。所以一般高碳钢适用于热压力加工。铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工形能较好。
2.2.3焊接性能
在机械产品的零部件中存在大量焊接件，钢材的焊接性能与含碳量及合金含量有很大的关系，含碳量越高越焊接能力越差，中、低碳钢焊接性能较好，要求不高的焊接件常用的焊接材料一般是Q235；合金钢中合金元素含量越高焊接能力也越差，铝合金、铜合金焊接性能差，焊接成本高。
2.2.4机加工性能
机加工包括切削加工和磨削加工，材料的硬度与机加工性能有直接关系，硬度越高材料越难切削，越容易磨损刀具，机加工性能就越差。一般灰铸铁、铝合金、铜合金和硬度在180～230HBS的碳钢切削性能较好。不锈钢、高碳钢机加工性能较差。2.2.5热处理性能一些零部件需要进行表面热处理来达到需要的性能。经过热处理的零部件在机械零部件中占有比较大的比重。但纯铝、纯铜单向奥氏体不锈钢等材料不能进行热处理。选材时应充分考虑。
2.3经济选材原则
质量可靠、低成本、实用寿命高的机械产品具有更好的市场竞争力。选择材料时应充分考虑材料对生产成本的影响，取得尽可能高的经济效益。产品的成本影响因素有原材料采购成本、加工成本、产品成品率和管理成本等方面。一般需要综合考虑各个环节，运用价值分析方法找到合理的材料。
3结论
本文列举了机械设计中常见的工程材料，对其几种材料的主要性能进行了分析，并从材料的选取上提出了几点选择原则及注意事项，为机械设计人员在选取机械零部件材料时提供一定的参考。
参考文献：
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作者:李兆辉 单位:沈阳科技学院
