项目7 常用机械零件的材料选择
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❖ ②锻压性能 常用塑性和变形抗力来综合评定。塑性好，则易成形， 加工面质量 好，不易产生裂纹；变形抗力小，金属易于充满模膛，不易于产生缺陷。通常， 碳钢比合金 钢锻压性能好，低碳钢锻压性能优于高碳钢。
❖ ③焊接性能 常用碳当量WCE 来评定。WCE＜0.4%的材料焊接性能好，不易产 生裂纹，气孔等缺陷，且焊接工艺简单，焊缝质量好。低碳钢和低合金结构钢焊 接性能良好，碳与合金元素含量越高，焊接性越差。
❖ b.塑性和韧性判据一般不直接用于设计计算。
❖ c.硬度与强度之间存在一定关系.
❖ ③选用材料性能判据数值应注意的问题
❖ (2)工艺性原则
❖ 工艺性原则是指所选用的材料能否保证顺利地加工制造零件。工艺性好坏，对零 件加工难易程度，生产率，生产成本影响很大。
❖ ①铸造性能 常用流动性，收缩率来综合评定。不同材料铸造性能不同，例如铸 造铝合金、铸造铜合金的铸造性能优于铸铁和铸钢，铸铁中，灰铸铁铸造性能最 好。同种材料中，成分靠近共晶点的合金铸造性能好。
❖ (3)经济性原则
❖ 经济性原则是指所选用的材料加工成零件后能否做到成本低廉、价格便 宜，在满足使用性和工艺性原则的前提下，尽量降低零件总成本，以提 高经济效益。材料的经济性一方面反映在原材料的价格上，另一方面还 反映在工艺成本上，选材时还应考虑工厂的生产特点，设备条件，技术 水平等现实情况，在确保满足零件主要要求的前提下，兼顾其余要求， 综合考虑进行选材。材料的经济性主要从以下几方面考虑
项目7 常用机械零件的材料选择
1 任务7.1零件的失效形式 2 任务7.2零件毛坯热处理技术条件 3 任务7.3典型零件的选材 4
任务7.1零件的失效形式
❖ 失效是指某些零件由于某种原因，导致其尺寸、 形状或材料的组织与性能的变化而不能完满地 完成指定的功能。一般来说包括以下几种情况：
❖ （1）零件完全破坏，不能继续工作； ❖ （2）虽然能完全工作，但不能满意地起到预
期的作用； ❖ （3）零件严重受损，继续工作不安全。
7.1.1机械零件的失效形式
❖ 1.零件的失效原因 ❖ (1)设计原因 ❖ 对零件的工作条件（受力性质、大小、温度、湿度、环境等
）估计错误，安全系数过小、计算错误等，容易使零件的性 能满足不了要求而失效；零件的结构形状、尺寸等设计不合 理，容易造成应力集中，局部超载而造成失效。 ❖ (2)选材问题 ❖ 选择材料错误，容易造成所选材料的性能不能满足使用要求 ；所选材料质量不合格等原因引起零件的失效。 ❖ (3)加工工艺不当 ❖ 零件在加工过程中，由于采用的工艺方法、工艺参数、技术 措施不正确，可能产生铸造缺陷、锻造缺陷、焊接缺陷、切 削加工缺陷和热处理缺陷，造成零件的失效。 ❖ (4)安装使用不正确 ❖ 机械在装配、安装过程中不按技术要求，使用过程中不按规 程操作、保养、维修，超载使用等均可能造成零件失效。
❖ （2）断裂失效
❖ 断裂是机械零件或工具失效的主要形式。根据零件或工具断裂前变形量 的大小和断口形状，断裂可分为脆性断裂和塑性（或韧性）断裂两种。 断裂前零件或工具几何尺寸几乎不发生变化，即没有明显的塑性变形， 断口较齐平，其断面常呈细颗粒状，这种断裂称为脆性断裂。塑性断裂 是零件或工具在断裂前产生明显的变形，即零件或工具的尺寸发生明显 的变化，一般断面减小，且断口常呈纤维特征。
❖ 2.零件的失效形式
❖ 机械零件的失效形式通常按失效模式和其它相应的失效机理分类主要有 变形失效、断裂失效、表面损伤失效等几种类型。
❖ （1）变形失效
❖ 在使用状态下，零件或工具总要受到各种载荷作用，在载荷的作用下零 件或工具都要发生不同程度的变形，不论弹性变形或塑性变形，都会造 成零件或工具尺寸和形状的改变，这就会影响到零件或工具的正确使用 位置，破坏零件或部件之间相互配合的位置和配合关系，可能使零件或 机械设备不能正常工作。
其次再考虑加工工艺性和经济性原则。
❖ (1)使用性原则 ❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。 ❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
❖ (1)使用性原则
❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。
❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
❖ a.屈服强度σs抗拉强度σb和疲劳强度σ-1比较 直观，通常直接用于定量的设计计算。σs用于 承受拉、压或剪切零件计算。σb可用于脆性 材料或承载简单的一般零件计算。
❖ （3）表面损伤失效
❖ 零件或工具在工作过程中，可能会由于机械和（或）化学的作用，使工 件表面及表面附近的材料受到严重损伤，以致不能工作，这种基本上局 限于表面层的失效形式，称为表面损伤失效。
❖ ①磨损失效
❖ 磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式 逐渐磨损，而使零件或工具的尺寸不断变小的一种失效方式。
❖ ②腐蚀失效
❖ 腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀作用造成的零件或工具的失效。大多 数腐蚀都发生在表面，或从表面开始，因此被归类于表面损伤失效。
❖来自百度文库③表面疲劳失效
❖ 表面疲劳失效是相互接触的两个运动表面（特别是滚动接触），在工作 过程中承受交变接触应力的作用，使表面层材料发生疲劳破坏而脱落， 造成零件或工具的失效。
7.1.2机械零件的选材原则
❖ 正确选材是机械零件设计的一项重要任务，它 必须使选用的材料保证零件在使用过程中具有 良好的工作能力，保证零件便于加工制造，同 时保证零件的总成本尽可能低。优异的使用性 能、良好的加工工艺性能和便宜的价格是机械 零件选材的最基本原则。
❖ 1.选材的原则 ❖ 选择材料的原则首先是要满足使用性能要求，
❖ ①材料本身价格应低廉，特别对大批量生产的零件更应考虑价格因素。
❖ ④切削加工性能 常用允许的最高切削速度、切削力大小、加工面Ra值大小、断 屑难易程度和刀具磨损来综合评定。通常，材料硬度值在170～230HBS范围内， 切削加工性能好。
❖ ⑤热处理工艺性 常用淬透性、淬硬性、变形开裂倾向性、耐回火性和氧化脱碳 倾向性评定，通常，碳钢淬透性差，强度较低，加热时易过热，淬火时易变形开 裂，而合金钢的淬透性优于碳钢。
❖ ③焊接性能 常用碳当量WCE 来评定。WCE＜0.4%的材料焊接性能好，不易产 生裂纹，气孔等缺陷，且焊接工艺简单，焊缝质量好。低碳钢和低合金结构钢焊 接性能良好，碳与合金元素含量越高，焊接性越差。
❖ b.塑性和韧性判据一般不直接用于设计计算。
❖ c.硬度与强度之间存在一定关系.
❖ ③选用材料性能判据数值应注意的问题
❖ (2)工艺性原则
❖ 工艺性原则是指所选用的材料能否保证顺利地加工制造零件。工艺性好坏，对零 件加工难易程度，生产率，生产成本影响很大。
❖ ①铸造性能 常用流动性，收缩率来综合评定。不同材料铸造性能不同，例如铸 造铝合金、铸造铜合金的铸造性能优于铸铁和铸钢，铸铁中，灰铸铁铸造性能最 好。同种材料中，成分靠近共晶点的合金铸造性能好。
❖ (3)经济性原则
❖ 经济性原则是指所选用的材料加工成零件后能否做到成本低廉、价格便 宜，在满足使用性和工艺性原则的前提下，尽量降低零件总成本，以提 高经济效益。材料的经济性一方面反映在原材料的价格上，另一方面还 反映在工艺成本上，选材时还应考虑工厂的生产特点，设备条件，技术 水平等现实情况，在确保满足零件主要要求的前提下，兼顾其余要求， 综合考虑进行选材。材料的经济性主要从以下几方面考虑
项目7 常用机械零件的材料选择
1 任务7.1零件的失效形式 2 任务7.2零件毛坯热处理技术条件 3 任务7.3典型零件的选材 4
任务7.1零件的失效形式
❖ 失效是指某些零件由于某种原因，导致其尺寸、 形状或材料的组织与性能的变化而不能完满地 完成指定的功能。一般来说包括以下几种情况：
❖ （1）零件完全破坏，不能继续工作； ❖ （2）虽然能完全工作，但不能满意地起到预
期的作用； ❖ （3）零件严重受损，继续工作不安全。
7.1.1机械零件的失效形式
❖ 1.零件的失效原因 ❖ (1)设计原因 ❖ 对零件的工作条件（受力性质、大小、温度、湿度、环境等
）估计错误，安全系数过小、计算错误等，容易使零件的性 能满足不了要求而失效；零件的结构形状、尺寸等设计不合 理，容易造成应力集中，局部超载而造成失效。 ❖ (2)选材问题 ❖ 选择材料错误，容易造成所选材料的性能不能满足使用要求 ；所选材料质量不合格等原因引起零件的失效。 ❖ (3)加工工艺不当 ❖ 零件在加工过程中，由于采用的工艺方法、工艺参数、技术 措施不正确，可能产生铸造缺陷、锻造缺陷、焊接缺陷、切 削加工缺陷和热处理缺陷，造成零件的失效。 ❖ (4)安装使用不正确 ❖ 机械在装配、安装过程中不按技术要求，使用过程中不按规 程操作、保养、维修，超载使用等均可能造成零件失效。
❖ （2）断裂失效
❖ 断裂是机械零件或工具失效的主要形式。根据零件或工具断裂前变形量 的大小和断口形状，断裂可分为脆性断裂和塑性（或韧性）断裂两种。 断裂前零件或工具几何尺寸几乎不发生变化，即没有明显的塑性变形， 断口较齐平，其断面常呈细颗粒状，这种断裂称为脆性断裂。塑性断裂 是零件或工具在断裂前产生明显的变形，即零件或工具的尺寸发生明显 的变化，一般断面减小，且断口常呈纤维特征。
❖ 2.零件的失效形式
❖ 机械零件的失效形式通常按失效模式和其它相应的失效机理分类主要有 变形失效、断裂失效、表面损伤失效等几种类型。
❖ （1）变形失效
❖ 在使用状态下，零件或工具总要受到各种载荷作用，在载荷的作用下零 件或工具都要发生不同程度的变形，不论弹性变形或塑性变形，都会造 成零件或工具尺寸和形状的改变，这就会影响到零件或工具的正确使用 位置，破坏零件或部件之间相互配合的位置和配合关系，可能使零件或 机械设备不能正常工作。
其次再考虑加工工艺性和经济性原则。
❖ (1)使用性原则 ❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。 ❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
❖ (1)使用性原则
❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。
❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
❖ a.屈服强度σs抗拉强度σb和疲劳强度σ-1比较 直观，通常直接用于定量的设计计算。σs用于 承受拉、压或剪切零件计算。σb可用于脆性 材料或承载简单的一般零件计算。
❖ （3）表面损伤失效
❖ 零件或工具在工作过程中，可能会由于机械和（或）化学的作用，使工 件表面及表面附近的材料受到严重损伤，以致不能工作，这种基本上局 限于表面层的失效形式，称为表面损伤失效。
❖ ①磨损失效
❖ 磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式 逐渐磨损，而使零件或工具的尺寸不断变小的一种失效方式。
❖ ②腐蚀失效
❖ 腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀作用造成的零件或工具的失效。大多 数腐蚀都发生在表面，或从表面开始，因此被归类于表面损伤失效。
❖来自百度文库③表面疲劳失效
❖ 表面疲劳失效是相互接触的两个运动表面（特别是滚动接触），在工作 过程中承受交变接触应力的作用，使表面层材料发生疲劳破坏而脱落， 造成零件或工具的失效。
7.1.2机械零件的选材原则
❖ 正确选材是机械零件设计的一项重要任务，它 必须使选用的材料保证零件在使用过程中具有 良好的工作能力，保证零件便于加工制造，同 时保证零件的总成本尽可能低。优异的使用性 能、良好的加工工艺性能和便宜的价格是机械 零件选材的最基本原则。
❖ 1.选材的原则 ❖ 选择材料的原则首先是要满足使用性能要求，
❖ ①材料本身价格应低廉，特别对大批量生产的零件更应考虑价格因素。
❖ ④切削加工性能 常用允许的最高切削速度、切削力大小、加工面Ra值大小、断 屑难易程度和刀具磨损来综合评定。通常，材料硬度值在170～230HBS范围内， 切削加工性能好。
❖ ⑤热处理工艺性 常用淬透性、淬硬性、变形开裂倾向性、耐回火性和氧化脱碳 倾向性评定，通常，碳钢淬透性差，强度较低，加热时易过热，淬火时易变形开 裂，而合金钢的淬透性优于碳钢。