第十章 工程材料与热加工工艺的选用
工程材料及热加工工艺
材料及热加工复习资料2工程材料及热加工工艺绪论一.课程的任务及内容工艺方法工程材料———加工工艺———产品件装配试车工艺过程基本知识热加工冷加工成分.组织.性能铸.锻.焊.热（切削加工）关系.应用性质：机械类各专业必修的一门综合的技术基础课。
任务：使学生获得有关金属学.钢的热处理.常用的金属材料及加工的基础知识，培养学生合理选材.确定热处理方法及安排工件加工工艺路线的初步能力。
先修课：物理.化学.机械制图.金工实习等，与材料力学. 机械设计等关系密切。
作用：打基础为后续课为专业课为工作实践二．材料及发展趋势钢：碳钢. 合金钢. 铸钢….黑色金属金属材料铁： HT. QT. 合金铸铁… Cu及Cu合金有色金属 AI及AI合金工程材料其它：轴承…普通无机非金属材料陶瓷材料例特种非金属热塑性材工程塑料料工程塑料通用塑料热固性有机高特种塑料分子材料橡胶金属材料 + 非金属材料 = 复合材料结构材料机性. 物性. 化性工程材料（应用）功能材料特异物化性能. 超导.激光材料……三.金属材料的应用.特点.陶瓷. 高分子材料发展速度很快，但还不能全面代替传统的金属材料。
金属材料各行各业应用广泛。
原因：金属材料可满足各种各样的性能。
具体： 1. 一般均具有优良的机械性能；2. 具有优良的物理性能；3. 具有优良的工艺性能；热处理较大范围改变金属材料的性能。
四.影响金属材料性能的因素1. 化学成分决定组织. 性能2. 处理工艺内部组织变化性能与微观组织有关。
第一章金属材料的力学性能物理性能导电.热.磁.密度.熔点化学性能耐蚀.热.酸.抗氧化使用性能其它性能耐磨性.承受磨损耐久程度.综合性机械性能外力作用下表现的性能，变形.失效性能（力学性能）铸造性能流动性.收缩性.吸气性…工艺性能塑性成形性可锻性.冲压性（加工性能）焊接性热处理工艺性切削加工性根据使用性选择材料用途选材.选工艺性能是基础根据加工性选择加工方法机械性能（力学性能）是设计零件选材的依据，控制材料质量的重要参考。
工程材料与热加工
工程材料与热加工工程材料是指在工程设计、施工和维修中使用的各种材料。
它们需要具备一定的力学性能、物理性能、化学性能和耐久性，同时还要满足特定的工程要求。
热加工是指通过加热来改变材料的组织结构和性能。
下面将介绍工程材料与热加工的相关内容。
一、工程材料的分类及其特点根据其组成和性能特点，工程材料可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
1.金属材料金属材料是指具有金属性质的材料，具有良好的导电、导热、塑性、韧性和抗冲击能力等特点。
金属材料常用于制造机械设备、建筑结构和电子元器件等方面。
2.无机非金属材料无机非金属材料是指不含金属元素的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。
无机非金属材料具有良好的耐高温、阻燃、耐腐蚀和绝缘等特性，广泛应用于建筑、化工和电子行业。
3.有机高分子材料有机高分子材料是指由有机高分子化合物制成的材料，如塑料、橡胶和纤维。
有机高分子材料具有良好的耐候性、耐磨性和柔韧性等特点，广泛应用于汽车、电器和纺织行业。
二、热加工的原理和方法热加工是通过加热来改变材料的组织结构和性能，常用的热加工方法有热轧、热拉伸、热淬火等。
1.热轧热轧是指将金属材料加热至一定温度后，通过轧制机械对其进行塑性变形的过程。
热轧能够改善材料的组织结构、提高机械性能和表面质量，常用于生产薄板、钢管和型材等。
2.热拉伸热拉伸是指将金属材料加热至一定温度后，在拉伸力的作用下对其进行塑性变形的过程。
热拉伸能够提高材料的强度和韧性，常用于生产丝线、钢丝和钢筋等。
3.热淬火热淬火是指将金属材料加热至一定温度后，迅速冷却至室温的过程。
热淬火能够使材料的组织结构发生变化，从而获得高强度和高硬度的材料，常用于生产汽车零部件和机械工具等。
三、热加工对材料性能的影响热加工能够改变材料的组织结构和性能，对材料的力学性能、物理性能和化学性能等方面有着显著的影响。
1.组织结构热加工能够改变材料的晶粒大小和形状，从而影响材料的强度、韧性和硬度等性能。
机械工程材料与热加工工艺
机械工程材料与热加工工艺摘要：本文主要阐述了机械工程材料的主要性能及其应用，同时说明机械工程材料热加工工艺，其中包括钢铁生产与质量、钢的热处理、低合金钢和合金钢、铸铁以及有色金属及其合金等。
关键词：机械工程；工程材料；热加工工艺引言：机械工程材料种类繁多，其中最为常见就是有色金属材料，要根据有色金属材料特点，采用正确的制造技术和加热工艺，有效增强有色金属强度和耐腐蚀性等，确保所制作出的零部件，其质量和性能都有显著增强。
1机械工程材料的主要性能及其应用机械工程各类产品多数都是由种类繁多、性能各异的金属材料和非金属，通过正确加工所制作出的零部件共同构成的。
金属材料的机械性能主要是指金属材料在各种形式的外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，判断金属机械性指标包括金属材料强度、塑性和硬度等。
金属材料在受力时抵抗产生弹性的能力则称为刚度。
金属材料的硬度主要是指材料抵抗外物压力的能力，硬度越高，金属材料抵抗局部塑性变形的能力就越大。
通常材料的硬度越高，其耐磨性就越强，强度和硬度间存在着内部联系。
金属冲击韧性是材料在冲击荷载作用下，抵抗断裂的能力，现阶段机械工程技术常用一次摆锤冲击弯曲试验，测定材料受冲击荷载能力。
机械工程所用零件种类较多，如发动机设备中的曲轴、连轴等，该类零件常在交变荷载下工作。
此外，转动轴等零件虽然受到的荷载无法随时间交替变化，但零件本身是能够旋转的。
以该两种情况为背景，零部件中都会产生随时间变化的应力，该种应力即称为“交变应力”。
此外，以此种情况为背景工作的零部件，其最大应力要低于材料在静荷载小的极限，但经过长期工作的磨损，难免会出现断裂等情况，引发断裂事故。
所以，要采取有效措施避免断裂事故发生。
制造零部件和选用工艺时，要充分考虑所选材料的工艺性能，如低碳钢有着较强的塑性成形性能和可焊性，所以常被用作制造量器和刀具等[1]。
2机械工程材料表面处理方法机械工程材料表面处理方法主要包括强化处理法、表面防护处理法、涂料涂装法和氧化处理法，其中，强化处理法即可分为表面覆盖层强化法、表面表型强化法两种，表面覆盖层强化法指的是在材料表面，获得特殊性能的覆盖膜，以此增强材料表面的刚度、硬度和耐疲劳性，增强材料质量。
工程材料与热加工
工程材料与热加工
工程材料是指用于各种工程领域的材料，包括金属材料、非金属材料、复合材
料等。
而热加工是指通过加热和变形来改变材料的形状和性能。
工程材料与热加工密切相关，正确的选择和合理的热加工工艺可以大大提高材料的性能和使用寿命。
首先，工程材料的选择是非常重要的。
不同的工程领域对材料的性能要求不同，因此需要根据具体的使用条件来选择合适的材料。
比如在航空航天领域，对材料的强度、耐高温性能要求非常高；而在建筑领域，对材料的耐候性、耐腐蚀性能要求较高。
因此，工程材料的选择需要综合考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能等多方面因素。
其次，热加工是改变材料形状和性能的重要手段之一。
常见的热加工工艺包括
锻造、轧制、挤压等。
这些工艺可以通过加热和变形来改变材料的晶粒结构和组织，从而提高材料的强度、硬度和塑性。
同时，热加工还可以消除材料内部的应力和缺陷，提高材料的韧性和抗疲劳性能。
此外，热处理也是工程材料中不可或缺的一部分。
热处理是通过加热和冷却来
改变材料的组织和性能。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火等。
这些工艺可以调节材料的硬度、强度、韧性等性能，从而满足不同工程领域的需求。
总的来说，工程材料与热加工是工程领域中非常重要的一部分。
正确的材料选
择和合理的热加工工艺可以大大提高材料的性能和使用寿命，为各种工程领域的发展提供有力支持。
因此，我们需要深入研究不同材料的性能和特点，结合实际应用需求，不断优化和改进热加工工艺，推动工程材料领域的发展和进步。
工程材料与热加工
工程材料与热加工简介工程材料是指用于制造机械、设备和其他工业产品的各种材料，包括金属、非金属和合成材料等。
而热加工则是指通过加热改变材料的形状、组织和性能的过程。
在工程领域中，热加工是一项重要的工艺，它能够改善材料的力学性能、加工性能和耐用性，从而提高制造产品的质量和性能。
工程材料金属材料金属材料是工程中最常用的材料之一，它具有优良的导电性、导热性和可塑性。
常见的金属材料包括钢、铝、铜和镁等。
钢是一种重要的结构材料，它具有高强度和耐腐蚀性，广泛应用于制造船舶、桥梁和建筑等领域。
铝是一种轻质金属，具有良好的导热性和耐腐蚀性，广泛用于汽车、航空航天和电子器件等领域。
非金属材料非金属材料包括陶瓷、塑料、橡胶和复合材料等。
陶瓷材料具有优良的耐热性、耐磨性和绝缘性，常用于制作高温工具和电气绝缘件。
塑料是一种轻质、易加工的材料，广泛应用于包装、建筑和家居用品等领域。
橡胶是一种弹性材料，具有良好的密封性和抗震性，被广泛运用于汽车、机械和建筑等领域。
复合材料是由不同材料组合而成的材料，具有高强度、轻质和耐腐蚀性。
合成材料是指通过人工合成的材料，具有特殊的性能和用途。
常见的合成材料包括聚合物、纤维素和石墨烯等。
聚合物是由多个小分子单体通过化学反应连接而成的高分子化合物，具有良好的绝缘性和耐热性，被广泛用于塑料、橡胶和纤维等领域。
纤维素是一种由纤维素纤维组成的材料，具有优良的抗拉强度和耐热性，常用于制作纸张、织物和纤维板等产品。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有极高的导电性和导热性，被视为未来材料领域的重要发展方向。
热加工热处理热处理是一种通过改变材料的组织和性能来提高材料性能的方法。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火等。
退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减少内部应力和提高材料的塑性。
淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，以增加材料的硬度和强度。
回火是将已淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后冷却，以减少材料的脆性和提高韧性。
工程材料学第10章工程材料的选用
陶瓷材料的选用
• 总结词：陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特性，广泛应用于机械、化工、电子等领域。 • 详细描述：陶瓷材料如氧化铝、氮化硅等，具有优异的力学性能和化学稳定性，能够承受高温和高强度的环境。
在机械领域，陶瓷材料用于制造刀具、磨具、密封件等，具有高硬度和耐磨性，能够提高机械设备的效率和寿 命。在化工领域，陶瓷材料用于制造管道、阀门、反应器等，具有高耐腐蚀性和高温稳定性，能够保证化工生 产的稳定性和安全性。在电子领域，陶瓷材料用于制造电路基板、电容器、绝缘子等，具有优良的电气性能和 热稳定性，能够保证电子产品的可靠性和稳定性。
透光材料
选用高透光性能的材料，如光学玻璃、聚合物等， 用于制造眼镜片、镜头等。
滤光材料
选用具有特定光谱透射性能的材料，如红外截止 滤光片、紫外滤光片等。
反射材料
选用具有高反射性能的材料，如金属膜、铝膜等， 用于制造反射镜、凹面镜等。
05 工程材料选用的合材料
利用先进技术制备高性能复合材 料，提高材料的强度、刚度和耐 久性，满足高端装备和产品的需
04 功能材料的选用
电功能材料的选用
电绝缘材料
选用高绝缘性能的材料，如陶瓷、玻 璃、聚合物等，用于制造绝缘子、绝 缘套管、绝缘胶带等。
导电材料
选用高导电性能的材料，如铜、铝、 银等，用于制造电线、电缆、电极等。
压电材料
选用具有压电效应的材料，如石英、 锆钛酸铅等，用于制造压电器件。
热电材料
选用具有热电效应的材料，如碲化铋、 碲化铅等，用于制造热电器件。
复合材料的选用
• 总结词：复合材料是由两种或多种材料组成的新型材料，具有各组成材料的优 点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
工程材料及热加工工艺基础
工程材料及热加工工艺基础引言工程材料及热加工工艺是现代工程领域中至关重要的一部分。
了解材料的特性以及如何通过热加工工艺将材料加工成所需的形状和性能是工程师们必备的知识。
本文将介绍工程材料的分类以及常用的热加工工艺，帮助读者对这一重要领域有一个基础的了解。
工程材料的分类工程材料是指用于制造机械、结构件以及其他工程产品的材料。
根据其组成和性能，工程材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料。
金属材料金属材料是指有着优良导电性和导热性的材料，常见的金属材料包括铁、钢、铝、铜等。
金属材料通常具有良好的可塑性、可焊性和可加工性，使其成为工程中最常用的材料之一。
聚合物材料聚合物材料是一类由多个单体分子通过化学键结合而成的大分子化合物。
常见的聚合物材料包括塑料、橡胶等。
聚合物材料具有较低的密度和良好的绝缘性能，适用于制造轻型结构件和绝缘材料。
陶瓷材料陶瓷材料是一类由非金属元素通过化学键结合而成的材料，具有良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。
常见的陶瓷材料包括瓷器、砖瓦等，适用于制造耐火材料和陶瓷制品。
热加工工艺的分类热加工工艺是指通过加热和控制温度来改变材料的形状和性能的过程。
常见的热加工工艺包括锻造、热轧、热处理等。
锻造锻造是通过将金属材料加热至可锻温度，然后在压力的作用下使其发生塑性变形，从而改变材料的形状和性能的过程。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式，适用于制造各种型号和形状的金属零件。
热轧热轧是指将金属坯料加热至较高温度，然后通过辊轧机械将其压延成所需的板材、型材等形状的过程。
热轧可以提高材料的密度和机械性能，适用于制造高强度的金属制品。
热处理热处理是指将材料加热至一定温度，然后在控制的气氛或介质中冷却，以改变材料的组织结构和性能的过程。
常见的热处理工艺包括退火、淬火、回火等，可以提高材料的硬度、强度和韧性。
结论工程材料的选择和热加工工艺的应用对于确保工程产品的质量和性能至关重要。
通过了解工程材料的分类以及常用的热加工工艺，工程师们可以更好地选择合适的材料，并通过热加工工艺将其加工成所需的形状和性能。
工程材料与热加工基础
contents
目录
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 材料的新发展 • 材料的应用 • 材料与环境
工程材料概述
01
材料的定义与分类
定义
材料是用于制造有用物品的物质 。
分类
金属材料、非金属材料、复合材 料等。
材料的基本性质
耐腐蚀性、抗氧化性等。
硬度、韧性、强度Biblioteka 。特点，在光学仪器、电子设备和建筑装饰等领域有广泛应用。
智能材料与仿生材料
智能材料
如形状记忆合金和压电陶瓷，具有感知、响应和自适应等特 性，能够根据外界环境变化自动调整自身性能，在智能传感 器、执行器和结构健康监测等领域有广泛应用。
仿生材料
模仿生物材料的特性，如骨组织的自修复能力、蜘蛛丝的强 度和弹性等，通过仿生结构设计制备出具有优异性能的新型 材料，在生物医学、航空航天和机器人等领域有广泛应用。
高强度轻质金属
如钛合金和铝合金，广泛应用于 航空、航天和汽车制造等领域， 因其具有高强度、轻质和耐腐蚀
等优点。
超导金属
如铌钛合金和汞合金，在电力输送、 磁悬浮列车和核聚变等领域有广泛 应用，利用其超导特性实现高效能 源传输和磁场控制。
金属基复合材料
如铝基复合材料和钛基复合材料， 通过在金属基体中加入增强体（如 碳纤维、陶瓷颗粒等），提高材料 的强度、刚度和耐热性。
热加工工艺在建筑领域的应用相 对较少，但仍然涉及到一些如焊 接、热处理等工艺，以确保结构
的安全性和稳定性。
材料与环境
06
材料的环境影响
资源消耗
工程材料的生产和使用过程中需要消耗大量的自然资源，如矿石、金属、木材等，这些资 源的开采和加工会对环境造成破坏。
材料及热加工工艺第十章(精)
第四节 常用金属材料的焊接
一、 金属材料的焊接性 1、 焊接性的概念 是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下，获得优质 焊接接头的难易程度。 ➢焊接性是一个相对的概念。如：Al、Ti
2、焊接性的评定指标
材料经焊接后焊接接头产生缺陷的倾向性大小，如 裂纹，（工艺焊接性）； 焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学 性能和其它特殊性能， （使用焊接性）。
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
材料及热加工工艺—第十章 焊接
练习：试比较下列钢材的焊接性
❖Ceq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。
09Mn2Cu的碳当量为（最好）
焊缝及“HAZ”的含H量； （重要因素） “HAZ” 的淬硬程度； 接头处残余应力大小。
（又称延迟裂纹）
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
C当量< 0.4% 焊接性良好。300级与Q235A(A3)几 乎无差别。16Mn（Q345为350级）可与低碳钢同 等对待。等级↑， “HAZ”区淬硬倾向↑，但只要规 范得当（低H型焊条、预热150～250℃、板厚>20 mm焊后热处理）仍可得良好的质量。
2、450、500、550高等级（强度）焊接特点： C当量 = 0.40～0.50% 焊接性稍差。淬硬倾向增加， 热影响区容易产生马氏体组织，硬度明显增高，塑 性和韧度则下降。
材料及热加工工艺—第十章 焊接
根据经验分析： 1）C当量＜0.4%时，焊接性好。一般的焊接工艺条件 下，不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热； 2） C当量=0.4～0.6%时，塑性降低，淬硬倾向逐渐 明显，焊接性较差。需焊前预热，采取工艺措施； 3） C当量＞0.6%时，塑性差，淬硬倾向大，焊接性 差。焊接前、中、后需都需采取措施。
工程材料与热加工技术课件
焊接技术广泛应用于机械、建筑、船舶、航空等制造业领域，是 实现金属结构连接的重要工艺方法之一。
热处理技术
热处理技术定义
热处理技术是一种通过加热、保温和冷却金属材料，改变其内部组 织结构，从而获得所需性能的工艺过程。
热处理技术分类
热处理技术可分为退火、正火、淬火、回火等不同类型，根据材料 和性能要求选择合适的热处理方法。
回火
将淬火后的金属加热至低于临界点温度，保温一段时间后冷却，以 稳定组织、降低内应力并提高韧性。
金属材料的腐蚀与防护
腐蚀类型
金属材料的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是 指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学 腐蚀则是金属与电解质溶液发生原电池反应而引起的腐蚀。
腐蚀防护
为了防止金属材料的腐蚀，可采取表面涂层、电化学保护和 改变金属内部结构等措施。常用的表面涂层材料有油漆、镀 锌、镀铬等；电化学保护包括阳极保护和阴极保护。
热加工技术如热处理、锻造、焊接等在汽车零部件制造中起到关键作用，确保零部 件的强度和稳定性。
新能源领域的应用
新能源领域对高效、环保的材 料需求迫切，工程材料与热加 工技术在新能源领域中具有广 阔的应用前景。
太阳能光伏产业中，高效率光 伏材料的研发和生产过程中涉 及多种工程材料与热加工技术 。
风力发电领域中，大型风电叶 片的制造需要高性能复合材料 和先进的热加工技术。
中。
高强度轻质合金、复合材料等高 性能材料在飞机机身、机翼、发 动机等关键部位得到广泛应用。
热加工技术如熔炼、铸造、焊接 等在航空航天领域中起到至关重 要的作用，确保零部件的精度和
可靠性。
汽车工业的应用
汽车工业对材料性能和加工工艺要求严格，工程材料与热加工技术在汽车制造中占 据重要地位。
建筑工地的施工材料与工艺选择
建筑工地的施工材料与工艺选择现代建筑领域的发展已经进入了一个全新的阶段，人们对建筑品质和施工工艺的要求越来越高。
在建筑工地的施工过程中，施工材料的选择以及工艺的决策是至关重要的环节。
本文将讨论建筑工地的施工材料与工艺选择的相关问题，并提出一些建议。
一、施工材料的选择1. 混凝土混凝土作为建筑材料的常见选择，具有承载能力强、耐久性好等优点。
在选择混凝土时，应考虑工程的具体需求，如强度要求、耐久性要求等。
此外，还需对材料的原材料来源和加工工艺进行评估，确保质量可靠。
2. 砖块砖块作为建筑墙体的主要材料之一，也是施工过程中必不可少的一部分。
在选择砖块时，应考虑其强度、吸水率、保温性能等因素。
此外，还需关注其环保性能，选择符合国家标准的砖块，以减少对环境的负面影响。
3. 钢材钢材在建筑工地中广泛应用，常见于钢筋混凝土结构和钢结构。
在选择钢材时，应注重其强度、韧性、耐腐蚀性等性能。
同时，还要考虑其成本和可持续性等方面的因素，以确保选择合适的钢材，提高建筑的安全性和耐久性。
4. 绝缘材料在建筑工地中，绝缘材料的选择对于保证建筑物的隔热、防潮等性能至关重要。
根据建筑工地的具体情况，可以选择不同类型的绝缘材料，如保温棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫板等。
需注意绝缘材料的导热系数、寿命以及环保性等指标，以提高建筑的能源效益和室内舒适度。
二、施工工艺的选择1. 地基处理工艺选择地基处理是建筑工地中至关重要的环节之一。
根据地质勘探结果和工地实际情况，可以选择适合的地基处理工艺，如基坑开挖、土石方平整、地基加固等。
需确保地基处理工艺能够满足建筑物的承载力要求和地震要求，以提高建筑的稳定性和安全性。
2. 混凝土施工工艺选择混凝土施工工艺的选择对于建筑物的质量和安全性起着决定性作用。
在混凝土的浇筑和养护过程中，应选择适当的工艺，如合理控制浇筑时间和养护时间，采用适度的振捣方式等。
同时，需严格按照相关标准进行施工，确保混凝土的均匀性和强度。
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第一节 零件的失效分析 第二节 材料与成形工艺的选择原则
第一节 零件的失效分析
一、失效与失分析
所谓失效是指工程结构或零部件在使用过程中， 由于尺寸、形状或材料组织与性能等的变化而失去所 具有的效能的现象。
一般来说，零件有下列情况之一时，即认定为失 效：零件完全破坏，不能继续工作；虽能工作，但不 能保证安全；虽保证安全，但不能保证精度或起不到 预定的作用。
三、零件失效的原因
造成零件失效的原因是多 方面的，其主要原因有以 下几个方面： （一）零件设计不合理 （二）选材不当 （三）加工工艺不合理 （四）装配及使用不正确
零件失效的主要原因 设计思想有误 设计 工作条件分析错误 结构外形不合理 材料 选材不当 材质低劣（冶金缺陷） 加工 各种热加工缺陷 各种冷加工缺陷 安装不良 使用 维护不善 操作不当 过载使用
使用性能选材原则
使用性能简要分类
使用性能要求的简单分类
分类
典型性能
用途举例
力学性能
强度
刚度 韧性
各机械装置、承载结构零件，如齿轮、轴、螺栓、连 杆等
物理性能
密度
航天航空、运动机械
导热性
热交换器、隔热保温装置
导电性
电机电器、输变电设备
化学性能
耐热性 耐蚀性
热工动力机械与加热设备、化工设备、海洋平台、船 舶与户外结构
（二）经济性原则 在所选择的成形方法满足适应性原则的前提下， 应对可选的成形方案进行经济分析，选择成本低 廉的方案。 1．材料的利用率 前面介绍了材料价格对选材的影响，在关注材料 价格的同时，也要致力于提高材料的利用率。成 形方法选择应尽量使毛坯尺寸、形状与成品零件 相近，从而减少加工余量，提高材料的利用率， 减少机械加工工作量。
工艺性能选材原则
1．金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的 能力。金属材料的加工工艺复杂，要求的工艺性能 较多，主要有机械加工性能、材料的成形性能（铸 造、压力加工、焊接）和热处理性能（淬透性、变 形、氧化和脱碳倾向等）。
工艺性能选材原则
2．高分子材料工艺性能 高分子材料的加工工艺比较简单，主要是成形加工 ，成形加工方法也比较多。高分子材料的切削加工 性能尚好，但由于高分子材料的导热性差，在切削 过程中易使工件温度急剧升高，使热塑性塑料变软 ，使热固性塑料烧焦。
（三）经济性能原则 选材的经济性原则是在满足使用性能和工艺性能 要求的前提下，采用便宜的材料，使零部件的总 成本，包括材料的价格、加工费、试验研究费、 维修管理费等达到最低，以取得最大的经济效益。 材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重， 据有关资料统计，在许多工业部门中可占产品价 格的30%～70%，因此设计人员要十分关心材料的 市场价格。
适用性原则
表10-3 几种成形加工方法的材料利用率与单位能耗
适用性原则
2．加工费用
尽量选择加工成本较低的成形方法。例如，制造内腔 较大的零件时，采用铸造或旋压加工成型比采用实心 锻件经切削加工制造内腔要便宜。对于形状复杂的零 件如果能采用焊接结构，可比整体锻造后机械加工成 形更为方便。
经济性原则
功能特性 电磁、声、光、热等性能 功能器件，敏感元件，如太阳能电池、压电器件等
使用性能选材原则
1、分析零部件的工作条件，确定使用性能
零部件的工作条件是复杂的。工作条件分析包括受力 状态（如拉、压、弯、扭、剪切等）、载荷性质（静 载荷、动载荷、交变载荷）、载荷大小及分布、工作 温度（低温、室温、高温、变温）、环境介质（润滑 剂、海水、酸、碱、盐）、对零部件的特殊性能要求 （电、磁、热）等。在对工作条件进行全面分析的基 础上确定零部件的使用性能。
一、材料选择原则
（一）使用性能原则 使用性能是保证零部件完成指定功能的必要条件， 它是选材的最主要依据。使用性能主要是指零件 在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化 学性能。对于机械零件，最重要的使用性能是力 学性能，对零部件力学性能的要求，一般是在分 析零部件的工作条件（温度、受力状态、环境介 质等）和失效形式的基础上提出来的。根据使用 性能选材的步骤如下：
5．低温脆性断裂失效
3．低应力脆性断裂失效 6．蠕变断裂失效
二、零件的失效形式
（二）变形失效 在外力作用下零件发生整体或局部的过量弹性变 形或塑性变形导致整个机器或设备无法正常工作， 或者能正常工作但保证不了产品质量的现象，称 之为变形失效。 1.弹性变形失效 2.塑性变形失效
二、零件的失效形式
（三）表面损伤失效 由于磨损、疲劳、腐蚀等原因，使零部件表面失 去正常工作所必须的形状、尺寸或表面粗糙度造 成的失效，称为表面损伤失效。 1.磨损失效 2.腐蚀失效 3.接触疲劳失效
二、零件的失效形式
（四）材料的老化 高分子材料在贮存和使用过程中发生变脆、变硬 或变软、变粘等现象，从而失去原有性能指标的 现象，称为高分子材料的老化。老化是高分子材 料不可避免的。
第二节 材料与成形工艺的选择原则
研究和制造有竞争性的优质产品，最重要的要求之一 就是选择产品中不同零件所用的各种材料和与之相应 的加工方法的最佳组合。由于所能采用的材料和加工 方法很多，因而材料的选用通常是一个复杂而困难的 判断、优化过程。在掌握各种工程材料性能的基础上， 正确、合理地选择和使用材料是从事工程结构和机械 零件设计与制造工程技术人员的一项重要任务。
几种常用零部件的工作条件及对性能要求
工作条件
零部件 承受应力 载荷性质
失效形式
主要力学性能
紧固螺栓 拉、剪 静 过量变形、断裂
强度、塑性
传动齿轮
压、弯
循环、冲 磨损、麻点、剥落、疲 表面硬度、疲劳强度、
击 劳断裂
心部韧性
传动轴
弯、剪
循环、冲 击
疲劳断裂、过量变形、 轴颈磨损
综合力学性能
弹簧
弯、剪
循环、冲 击
四、失效分析过程
零件失效的原因是多种多样的，实际情况往往非 常复杂，一个零件的失效可能是多种因素共同作 用的结果。因此，必须根据零件损坏特征仔细调 查研究，分析判断，找出主要原因。 失效分析过程是一项系统工程，必须对零件设计、 选材、工艺和安装使用等各方面进行系统分析， 才能找出失效原因。失效分析的过程如下： （一）现场调查研究 （二）整理分析 （三）试验分析 （四）综合分析得出结论
工艺性能选材原则
3．陶瓷材料的工艺性能 陶瓷材料的加工工艺也比较简单，主要工艺是成形 。按零部件的形状、尺寸精度和性能要求的不同， 可采用不同的成形加工方法（粉浆、热压、挤压、 可塑）。陶瓷材料的切削加工性差，除了采用碳化 硅或金刚石砂轮进行磨削加工外，几乎不能进行任 何切削加工。
经济性能选材原则
使用性能选材原则
3．将对零部件的使用性能要求转化为对材料性能指 标的要求 有了对零部件使用性能的要求，还不能马上进行选材 ，还需要通过分析、计算或模拟试验将使用性能要求 转化成可测量的实验室性能指标。根据零部件的尺寸 及工作时所承受的载荷，计算出应力分布，再由工作 应力、使用寿命或安全性与材料性能指标的关系，确 定性能指标的具体数值。
使用性能选材原则
4．材料的预选 根据对零部件材料性能指标数据的要求查阅有关手册 ，找到合适的材料，根据这些材料的大致应用范围进 行判断、选材。 除了根据力学性能选材之外，对于在高温和腐蚀介质 中工作的零件还要求材料具有优良的化学稳定性，即 抗氧化性和耐腐蚀性；此外，有些零件要求具有特殊 性能，如电性能、磁性能或热性能等，这时就应根据 材料的物理性能和化学性能进行选材。
经济性原则
2．满足工艺性能 工艺性能包括铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性 能及切削加工性能等。满足工艺性能是指所选择的成 形方法与毛坯的材料和结构之间相适应。成形加工工 艺性的好坏影响到零件加工的难易程度、生产效率及 成本等。故选择成形方法时，必须注意零件材料和结 构所能适应的加工工艺性。
经济性原则
疲劳断裂
屈强比、疲劳强度
连杆
拉、压
循环、冲 击
断裂
综合力学性能
轴承
压
循环、冲 击
磨损、麻点剥落、疲劳 断裂
硬度、按触疲劳强度
冷作模具
复杂
循环、冲 击
磨损、断裂
硬度、足够的强度和韧 性
使用性能选材原则
2、分析零部件的失效原因，确定主要使用性能
对零部件使用性能的要求，往往是多项的。例如传动 轴，要求其具有高的疲劳强度、韧性和轴颈的耐磨性。 因此，需要通过对零部件失效原因的分析，找出导致 失效的主导因素，准确确定出零部件所必需的主要使 用性能。例如，曲轴在工作时承受冲击、交变等载荷 作用，而失效分析表明，曲轴的主要失效形式是疲劳 断裂，而不是冲击断裂，因此应以疲劳抗力作为主要 使用性能要求来进行曲轴的设计。制造曲轴的材料也 可由锻钢改为价格便宜、工艺简单的球墨铸铁。
工艺性能选材原则
（二）工艺性能原则 材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。任何 零部件都要通过一定的加工工艺才能制造出来。 因此在满足使用性能选材的同时，必须兼顾材料 的工艺性能。工艺性能的好坏，直接影响零部件 的质量、生产效率和成本。一般在选材中，材料 的工艺性能与使用性能相比，处于次要地位。但 有时正是从工艺性能考虑，使得某些使用性能合 格的材料不得不被放弃，此时工艺性能成为选择 材料的主导因素。
3．实际生产条件
现有生产条件是指生产产品的设备能力，人员技术水 平及外协可能性等。在一般情况下，应正确分析企业 的实际生产条件和工艺水平，充分利用本企业的现有 条件完成生产任务。例如生产重型机械产品时（例如 万吨水压机），当现场没有大容量的炼钢炉和大吨位 的起重运输设备的条件下，可以适当改变零件的加工 方式，选用铸造与焊接联合成形的工艺，即首先将大 件分成几小块铸造后，再用焊接拼焊成大铸件。当生 产条件不能满足产品生产的要求时，可选择对原有设 备进行适当的技术改造或与外企业进行协作解决。