金属材料的选用原则

金属材料的选用原则材料科学被称之为人类文明的四大支柱之一。金属材料的选用同其它各类材料一样，是一个比较复杂的问题。它是各机械产品设计中极为重要的一环。要生产出高质量的产品，必须从产品的结构设计、选材、冷热工艺、生产成本等方面进行综合考虑。但对于要赶超世界先进水平的产品来说，能否达到国际水平，关键还在于材料和工艺水平，当然管理水平也是重要一环。正确、合理选材是保证产品最佳性能、工作寿命、使用安全和经济性的基础。现就金属材料选用的一般原则做以下介绍：⑴所选用材料必须满足产品零件工作的要求各种机械产品，由于它们的用途、工作条件等的不同，对其组成的零部件也自然有着不同的要求，具体表现在受载大小、形式及性质的不同，受力状态、工作温度、环境介质、摩擦条件等的不同。例如：对于航空用燃气涡轮发动机来说，涡轮叶片是整机中工作环境最恶劣的零件，因此，对燃气涡轮工作叶片来说要求是比较高的，以材料的要求也自然是高的，要求材料能够耐高温、抗腐蚀，并且有高的耐蠕变和疲劳性能，以及在高温下的机械强度等。因此，通常使用镍基高温合金和钴基合金。另外，由于航空发动机是多次使用，所选的材料也直接影响到使用寿命。对于火箭发动机来说，由于它是短时间的一次使用，在选材方面是不同的，只要短时间性能好就可以。在选材时，应根据零碎件工作条件的不同，具体分析对材料使用性能的不同要求。一般不说，机械零件的失效形式有以下三种：①断裂失效，包括塑性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、低应力断裂、介质加速断裂；②过量变形失效，主要包括过量的弹性变形和塑形变形失效；③表面损伤的失效，如磨损、腐蚀、表面疲劳失效等。⑵所选材料必须满足产品零件工艺性能的要求材料工艺性能的好坏，对零件加工的难易程度、生产效率和生产成本等方面都起着十分重要的作用。金属材料的基本加工方法包括：切削加工、压力加工、铸造、焊接和热处理等。切削加工（包括车、铣、刨、磨、钻等）性能：一般通过切削抗力大小、零件表面粗糙度、切屑排除的难易及切削刀具磨损程度来衡量其好坏。例如：1Cr18Ni9Ti材料。切削加工性能就比较差。压力加工性能（包括锻造性能、冲压性和轧制性能）：一般来说。低碳钢的压力加工性能比高碳钢好，而碳钢则比合金钢好。铸造性能：主要包括流动性、收缩率、偏析及产生裂纹、缩孔等。不同的材料，其铸造性能差异很大，在铁碳合金中铸铁的铸造性能要比铸钢好。焊接性：一般以焊缝处出现裂纹、脆性、气孔或其他缺陷的倾向来衡量焊接性能的好坏。热处理工艺性：主要包括淬硬性、淬透性、淬火变形、开裂、过热敏感性、回火脆性、回火稳定性等。材料工艺性能的好坏，对单件和小批量生产来说并不显得十分突出，而在批量生产条件下，就明显地反映出它的重要性。例如，批量极大的普通螺钉、螺母对力学性能要求不高，而却要求上自动机床加工时，为了提高生产率，就需要选用切削加工性能优良的钢种（易切结构钢）。又如对齿轮及轴的材料来说，往往要求材料有好的淬透性。⑶所选材料应满足经济的要求在满足零件使用性能和质量的前提下，应注意材料的经济性。对设计选材来说，保证经济性的前提是准确的计算，按零件使用的受力、温度、耐腐蚀等条件选用适合的材料，而不单纯追求某一项指标，能用碳钢的不用合金钢；能用低合金钢的，不用高合金钢；能用普通钢的，不用不锈耐热钢。这对批量大的零件来说就显得更重要。另外，还应从材料的加工费来考虑，尽量采用无切屑或少切屑新工艺（如精铸、精锻等新工艺）。此外，在选材时还应尽量立足于国内条件和国家资源，同时应尽量减少材料的品种、规格等。这些都直接影响到选材的经济性。在选用代用材料时，一般应考虑原用材料的要求及具体零件的使用条件和对寿命的要求。不可盲目选用更高一级的材料或简单地以优代劣，以保证选用材料的经济性。2008-6-3