搜索
第14章常用机械用材情况与机械工业节材14.1常用机械用材情况与趋向14.2机械工程中的节材（materialsaving）退出14.1常用机械用材情况与趋向14.1.1目前几种常用机械的用材情况(1)机床用材特点•工作条件：工作环境好、受力较小且平稳；精度要求高和保持精度的寿命要求较高。•选材要求：保证刚度，保证摩擦副零件的耐磨性，承受一定的工作负荷。•用材情况与特点：铸铁（占70%）：床身、工作台、底座、立柱、横梁等。碳钢（占20%）和合金钢：齿轮、轴类等重要零件。有色金属与工程塑料（占10%）：某些齿轮、蜗轮、垫片、油管、皮带轮、罩壳等。•热处理特点：广泛预先热处理；主轴等调质处理；广泛用表面热处理（齿轮、轴颈、导轨等）如高频淬火、碳氮共渗，以提高耐磨性与疲劳强度。(2)汽车用材特点•工作条件：环境很差，受力较大，应力复杂，常有较大冲击和过载。•选材要求：重量轻、速度高、寿命长、安全可靠，大批量生产要求工艺性能好。故要求材料强度高、工艺性能、质量稳定、资源丰富。•用材情况与特点：钢材约70%、铸铁约15%，其余为有色金属和非金属材料。低合金高强钢：车身(保证强度、刚度及轻)碳素(合金)结构钢：传动装置、转向装置及发动机的重要零件球墨铸铁：曲轴、连杆、凸轮轴等其它铸铁：发动机缸体、缸盖、变速器壳体等代用材料(轻量化)：铝、镁合金(发动机缸体、车体行架等)，塑料(球座、万向节轴套等)•热处理特点：广泛进行调质或调质后表面强化(表面淬火或渗碳、碳氮共渗及喷丸处理)等，以提高强韧性、耐磨性和疲劳强度。表14-1上表14-2上表14-1下表14-2下(3)工程机械、矿山机械用材特点（矿山、电站、港口、道路、农田水利、建筑等行业）。•工作条件：多以泥沙、矿石为作业对象，工况恶劣多变（露天、部分为严寒地区），承受较大冲击、过载。•选材要求：着重考虑耐磨性、疲劳强度、低温韧性，部分机体要求小型化、轻量化，并便于更换零件。•用材情况与特点：以强度高、韧性好、质量稳定的（合金）钢材为主。例：日本中型推土机：（铸、轧）钢66%、铸钢20%、铸铁12%、有色金属1.5%及非金属材料仅0.5%。合金结构钢、特殊钢（耐磨钢等）：工作装置、行走机构的耐磨零件（挖掘机斗齿、球磨机衬板、拖拉机履带板等），动力装置（碳钢、低合金钢）。铸钢：机架、箱座类零件（形状简单者采用低合金高强钢焊接结构）。•热处理特点：大部分零件均要热处理；并广泛采用表面强化处理。小结：与上述几个行业类似，曾对中国不同机械行业114个工厂材料消耗统计（1984年），钢铁占93.13%，有色金属占1.85%，工程塑料等非金属材料占5.02%。14.1.2现阶段机械工程用材的趋向•现状：机械制造大量使用结构材料，各类材料均可生产结构零件。但使用性能和可应用范围并不相同，机械工程仍以金属材料尤其钢铁为主。•实例：全铝汽车为何未能实用化？（1）铝合金硬度低，制造、使用中易破损；（2）铝合金加工硬化能力低、深冲性能低；（3）不易焊接；（4）成本较高。•性能/价格比：民用产品设计中，经济性为首位。传统材料的价格/比强度这一指标占据绝对优势。除了水泥、木材外，钢铁很便宜，所以钢铁是一种难以完全替代的传统材料。表14-3观点：•综合多方面考虑（资源、能源、经济性、生态环境等），一方面许多材料存在相互替代的可能，而且不同类型材料的性能还存在互补性，如铝合金是汽车活塞的传统材料，为使汽车轻量化（以节材、节能，减少污染)，除已广泛应用低合金高强钢外，正大力逐步多应用铝合金、镁合金及复合材料；另一方面，要将材料的大量替代推进到实用化阶段，除考虑使用性能外，还要考虑可靠性、工艺性、经济性等诸多因素。•因此，未来几十年内，金属材料尤其钢铁仍然是机械工程材料的主角。这是因为与其它工程材料相比，在力学性能、工艺性能和生产成本三者之间，金属材料保持了最佳的平衡。14.2机械工程中的节材（materialsaving）14.2.1节材、节能与环境保护•目前，资源、能源及环境保护的问题日益突出，节材与节能的结果必然减少了对环境的污染，有利于保护生态环境。•节材的本身就是节能；不同材料的生产耗能很不相同，我国材料生产能耗高发达国家一倍；材料和产品的轻量化可以大大节省能源。因此这几方面有大量工作可做，大有潜力可挖。如在可能的限度内，以塑料替代金属，以轻金属、复合材料代替钢铁，可以取得节能、节材以及环保三重效果。14.2.2机械工业材料消耗现状与节材途径分析(1)我国机械工业材料消耗现状•机械行业每年消耗钢材1000万T以上，占全国的15%～20%，原材料费用占产品成本的60%以上。•钢材利用率仅为60%，与发达国家有10～15个百分点的差距(每提高一个百分点就意味着节约10万T钢材)。•铸、锻件综合废品率偏高(铸件12%～14%，铸钢件10%～20%，而国外≤5%)。•重要基础件的使用寿命低（模具寿命仅为发达国家的1/3）。(2)机械工业节材重点•重点节约钢材等金属材料。具体三方面：降低产品的材料消耗；减少制造过程的材料消耗；提高产品质量、延长产品规定的服役期限。(3)机械行业近期节材目标全行业平均钢材利用率达70%，铸件综合废品率下降到8%以下，关键基础件的平均使用寿命延长25%以上。(4)行之有效的节材途径•采用先进制造技术，提高材料利用率（如近净形铸造技术；精密塑性成形技术）；科学下料技术；先进焊接技术；可控气氛热处理与表面改性技术；关键件用精钢和脱气钢以及强韧化及表面处理新技术（显著延长使用寿命）。•扩大应用新材料，改善用材结构，提高用材水平。•提高产品设计水平，充分发挥材料潜力，降低材料消耗。作业：1，2，5。本章结束返回返回返回返回返回返回