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金属选材基本原则与方法,涉及材料的负荷情况、材料的使用温度、受腐蚀情况，，，，，耐磨损情况等

发布时间：2021-05-11点击：2699

基本原则

在进行材料及成型工艺的选择时，，，，，要考虑到在该工况下材料性能是否达到要求，，，，，及用该材料制造零件时，，，，，其成型加工过程是否容易，，，，，同时还要考虑材料或机件的生产及使用是否经济等因素即从适用性、工艺性和经济性3个方面进行考虑。。。。。

适用性原则
适用性原则是指所选择的材料必须能够适应工况，，，，，并能达到令人满意的使用要求。。。。。满足使用要求是选材的必要条件，，，，，是在进行材料选择时首先要考虑的问题。。。。。

材料的使用要求体现在对其化学成分、组织结构、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。。。。。为满足材料的使用要求，，，，，在进行材料选择时，，，，，主要从零件的负载情况、材料的使用环境和材料的使用性能要求三个方面考虑。。。。。零件的负载情况主要是指载荷的大小和应力状态。。。。。材料的使用环境指材料所处的环境，，，，，如介质、工作温度及摩擦等。。。。。材料的使用性能要求指材料的使用寿命、材料的各种广义许用应力、广义许用变形等。。。。。只有将以上三方面进行充分的考虑，，，，，才能使材料满足使用性能要求。。。。。

工艺性原则

一般地，，，，，材料一经选择，，，，，其加工工艺大体上就能确定。。。。。同时加工工艺过程又使材料的性能发生改变；；；；；；；零件的形状结构及生产批量、生产条件也对材料加工工艺产生重大的影响。。。。。

工艺性原则是指选材时要考虑到材料的加工工艺性，，，，，优先选择加工工艺性好的材料，，，，，降低材料的制造难度和制造成本。。。。。

各种成型工艺各有其特点和优缺点，，，，，同一材料的零件，，，，，当使用不同成型工艺制造时，，，，，其难度和成本是不一样的，，，，，所要求的材料工艺性能也是不同的。。。。。例如，，，，，当零件形状比较复杂、尺寸较大时，，，，，用锻造成型往往难以实现，，，，，若采用铸造或焊接，，，，，则其材料必须具有良好的铸造性能或焊接性能，，，，，在结构上也要适应铸造或焊接的要求。。。。。再如，，，，，用冷拔工艺制造键、销时，，，，，应考虑材料的伸长率，，，，，并考虑形变强化对材料力学性能的影响。。。。。

经济性原则

在满足材料使用要求和工艺要求的同时，，，，，也必须考虑材料的使用经济性。。。。。经济性原则是指在选用材料时，，，，，应选择性能价格比高的材料。。。。。材料的性能就是指其使用性能。。。。。材料的使用性能一般可以用使用时间和安全程度来代表。。。。。材料价格主要由成本决定。。。。。材料的成本包括生产成本和使用成本。。。。。一般地，，，，，材料成本由原材料成本、原材料利用率、材料成型成本、加工费、安装调试费、维修费、管理费等因素决定。。。。。

材料及成型工艺选择的步骤、方法及依据

材料及成型工艺的选择步骤如下：首先根据使用工况及使用要求进行材料选择，，，，，然后根据所选材料，，，，，同时结合材料的成本、材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件和技术条件等，，，，，选择合适的成型工艺。。。。。

1.选择材料及其成型工艺的步骤、方法

分析零件的服役条件，，，，，找出零件在使用过程中具体的负荷情况、应力状态、温度、腐蚀及磨损等情况。。。。。

大多数零件都在常温大气中使用，，，，，主要要求材料的力学性能。。。。。在其他条件下使用的零件，，，，，要求材料还必须有某些特殊的物理、化学性能。。。。。如高温条件下使用，，，，，要求零件材料有一定的高温强度和抗氧化性；；；；；；；化工设备则要求材料有高的抗腐蚀性能；；；；；；；某些仪表零件要求材料具有电磁性能等。。。。。严寒地区使用的焊接结构，，，，，应附加对低温韧性的要求；；；；；；；在潮湿地区使用时，，，，，应附加对耐大气腐蚀性的要求等。。。。。

(1)通过分析或试验，，，，，结合同类材料失效分析的结果，，，，，确定允许材料使用的各项广义许用应力指标，，，，，如许用强度、许用应变、许用变形量及使用时间等。。。。。

(2)找出主要和次要的广义许用应力指标，，，，，以重要指标作为选材的主要依据。。。。。

(3)根据主要性能指标，，，，，选择符合要求的几种材料。。。。。

(4)根据材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件、技术条件选择材料及其成型工艺。。。。。

(5)综合考虑材料成本、成型工艺性、材料性能、使用的可靠性等，，，，，利用优化方法选出***适用的材料。。。。。

(6)必要时选材要经过试验投产，，，，，再进行验证或调整。。。。。

上述只是选材步骤的一般规律，，，，，其工作量和耗时都是相当大的。。。。。对于重要零件和新材料，，，，，在选材时，，，，，需要进行大量的基础性试验和批量试生产过程，，，，，以保证材料的使用安全性。。。。。对不太重要的、批量小的零件，，，，，通常参照相同工况下同类材料的使用经验来选择材料，，，，，确定材料的牌号和规格，，，，，安排成型工艺。。。。。若零件属于正常的损坏，，，，，则可选用原来的材料及成型工艺；；；；；；；若零件的损坏属于非正常的早期破坏，，，，，应找出引起失效的原因，，，，，并采取相应的措施。。。。。如果是材料或其生产工艺的问题，，，，，可以考虑选用新材料或新的成型工艺。。。。。

2.选材依据

（1）负荷情况

工程材料在使用过程中受到各种力的作用，，，，，有拉应力、压应力、剪应力、切应力，，，，，扭矩、冲击力等。。。。。材料在负荷下工作，，，，，其力学性能要求和失效形式是和负荷情况紧密相关的。。。。。

在工程实际中，，，，，任何机械和结构，，，，，必须保证它们在完成运动要求的同时，，，，，能安全可靠地工作。。。。。例如要保证机床主轴的正常工作，，，，，则主轴既不允许折断，，，，，也不允许受力后产生过度变形。。。。。又如千斤顶顶起重物时，，，，，其螺杆必须保持直线形式的平衡状态，，，，，而不允许突然弯曲。。。。。对工程构件来说，，，，，只有满足了强度、刚度和稳定性的要求，，，，，才能安全可靠地工作。。。。。实际上，，，，，在材料力学中对材料的这三方面要求都有具体的使用条件。。。。。在分析材料的受力情况，，，，，或根据受力情况进行材料选择时，，，，，除了考虑材料的力学性能外，，，，，还必须应用材料力学的有关知识进行科学的选材。。。。。

（2）材料的使用温度

大多数材料都在常温下使用，，，，，当然也有在高温或低温下使用的材料。。。。。由于使用温度不同，，，，，要求材料的性能也有很大差异。。。。。

随着温度的降低，，，，，钢铁材料的韧性和塑性不断下降。。。。。当温度降低到一定程度时，，，，，其韧性、塑性显著下降，，，，，这一温度称为韧脆转折温度。。。。。在低于韧脆转折温度下使用时，，，，，材料容易发生低应力脆断，，，，，从而造成危害。。。。。因此，，，，，选择低温下使用的钢铁时，，，，，应选用韧脆转折温度低于使用工况的材料。。。。。各种低温用钢的合金化目的都在于降低碳含量，，，，，提高材料的低温韧性。。。。。

随着温度的升高，，，，，钢铁材料的性能会发生一系列变化，，，，，主要是强度、硬度降低，，，，，塑性、韧性先升高而后又降低，，，，，钢铁受高温氧化或高温腐蚀等。。。。。这都对材料的性能产生影响，，，，，甚至使材料失效。。。。。例如，，，，，一般碳钢和铸铁的使用温度不宜超过480℃，，，，，而合金钢的使用温度不宜超过1150℃。。。。。

（3）受腐蚀情况

在工业上，，，，，一般用腐蚀速度表示材料的耐蚀性。。。。。腐蚀速度用单位时间内单位面积上金属材料的损失量来表示；；；；；；；也可用单位时间内金属材料的腐蚀深度来表示。。。。。工业上常用6类10级的耐蚀性评级标准，，，，，从I类完全耐蚀到VI类不耐蚀，，，，，见表2。。。。。

大多数工程材料都是在大气环境中工作的，，，，，大气腐蚀是一个普遍的问题。。。。。大气的湿度、温度、日照、雨水及腐蚀性气体含量对材料腐蚀影响很大。。。。。在常用合金中，，，，，碳钢在工业大气中的腐蚀速度为10^-605m/d，，，，，在需要时常涂敷油漆等�；；；；；；；げ愫笫褂�。。。。。含有铜、磷、镍、铬等合金组分的低合金钢，，，，，其耐大气腐蚀性有较大提高，，，，，一般可不涂油漆直接使用。。。。。铝、铜、铅、锌等合金耐大气腐蚀很好。。。。。

（4）耐磨损情况

影响材料耐磨性的因素如下：

①材料本身的性能：包括硬度、韧性、加工硬化的能力、导热性、化学稳定性、表面状态等。。。。。

②摩擦条件：包括相磨物质的特性、摩擦时的压力、温度、速度、润滑剂的特性、腐蚀条件等。。。。。

一般来说，，，，，硬度高的材料不易为相磨的物体刺入或犁入，，，，，而且疲劳极限一般也较高，，，，，故耐磨性较高；；；；；；；如同时具备较高的韧性，，，，，即使被刺入或犁入，，，，，也不致被成块撕掉，，，，，可以提高耐磨性；；；；；；；因此，，，，，硬度是耐磨性的主要方面。。。。。另外，，，，，材料的硬度在使用过程中，，，，，也是可变的。。。。。易于加工硬化的金属在摩擦过程中变硬，，，，，而易于受热软化的金属会在摩擦中软化。。。。。

3.材料成型工艺的选择依据

一般而言，，，，，当产品的材料确定后，，，，，其成型工艺的类型就大体确定了。。。。。例如，，，，，产品为铸铁件，，，，，则应选铸造成型；；；；；；；产品为薄板件，，，，，则应选板料冲压成型；；；；；；；产品为ABS塑料件，，，，，则应选注塑成型；；；；；；；产品为陶瓷件，，，，，则应选相应的陶瓷成型工艺等。。。。。然而，，，，，成型工艺对材料的性能也产生一定的影响，，，，，因此在选择成型工艺中，，，，，还必须考虑材料的***终性能要求。。。。。

（1）产品材料的性能

①材料的力学性能。。。。。

例如，，，，，材料为钢的齿轮零件，，，，，当其力学性能要求不高时，，，，，可采用铸造成型；；；；；；；而力学性能要求高时，，，，，则应选用压力加工成型。。。。。

②材料的使用性能。。。。。

例如，，，，，若选用钢材模锻成型制造轿车、汽车发动机中的飞轮零件，，，，，由于轿车转速高，，，，，要求行驶平稳，，，，，在使用中不允许飞轮锻件有纤维外露，，，，，以免产生腐蚀，，，，，影响其使用性能，，，，，故不宜采用开式模锻成型，，，，，而应采用闭式模锻成型。。。。。这是因为，，，，，开式模锻成型工艺只能锻造出带有飞边的飞轮锻件，，，，，在随后进行的切除飞边修整工序中，，，，，锻件的纤维组织会被切断而外露；；；；；；；而闭式模锻的锻件没有飞边，，，，，可克服此缺点。。。。。

③材料的工艺性能。。。。。

材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。。。。。例如，，，，，易氧化和吸气的非铁金属材料的焊接性差，，，，，其连接就宜采用氩弧焊接工艺，，，，，而不宜采用普通的手弧焊接工艺；；；；；；；聚四氟乙烯材料，，，，，尽管它也属于热塑性塑料，，，，，但因其流动性差，，，，，故不宜采用注塑成型工艺，，，，，而只宜采用压制烧结的成型工艺。。。。。

④材料的特殊性能。。。。。

材料的特殊性能包括材料的耐磨损、耐腐蚀、耐热、导电或绝缘等。。。。。例如，，，，，耐酸泵的叶轮、壳体等，，，，，若选用不锈钢制造，，，，，则只能用铸造成型；；；；；；；选用塑料制造，，，，，则可用注塑成型；；；；；；；如要求既耐热又耐腐蚀，，，，，那么就应选用陶瓷制造，，，，，并相应地选用注浆成型工艺。。。。。

（2）零件的生产批量

对于成批大量生产的产品，，，，，可选用精度和生产率都比较高的成型工艺。。。。。虽然这些成型工艺装备的制造费用较高，，，，，但这部分投资可由每个产品材料消耗的降低来补偿。。。。。如大量生产锻件，，，，，应选用模锻、冷轧、冷拔和冷挤压等成型工艺；；；；；；；大量生产非铁合金铸件，，，，，应选用金属型铸造、压力铸造、及低压铸造等成型工艺；；；；；；；大量生产MC尼龙制件，，，，，宜选用注塑成型工艺。。。。。

而单件小批生产这些产品时，，，，，可选用精度和生产率均较低的成型工艺，，，，，如手工造型、自由锻造、手工焊，，，，，及它们与切削加工相联合的成型工艺。。。。。

（3）零件的形状复杂程度及精度要求

形状复杂的金属制件，，，，，特别是内腔形状复杂的零件，，，，，可选用铸造成型工艺，，，，，如箱体、泵体、缸体、阀体、壳体、床身等；；；；；；；形状复杂的工程塑料制件，，，，，多选用注塑成型工艺；；；；；；；形状复杂的陶瓷制件，，，，，多选用注浆成形或注射成型工艺；；；；；；；而形状简单的金属制件，，，，，可选用压力加工或焊接成型工艺；；；；；；；形状简单的工程塑料制件，，，，，可选用吹塑、挤出成型或模压成型工艺；；；；；；；形状简单的陶瓷制件，，，，，多选用模压成型工艺。。。。。

若产品为铸件，，，，，尺寸要求不高的可选用普通砂型铸造；；；；；；；而尺寸精度要求高的，，，，，则依铸造材料和批量不同，，，，，可分别选用熔模铸造、气化模铸造、压力铸造及低压铸造等成型工艺。。。。。若产品为锻件，，，，，尺寸精度要求低的，，，，，多采用自由锻造成型；；；；；；；而精度要求高的，，，，，则选用模锻成型、挤压成型等。。。。。若产品为塑料制件，，，，，精度要求低的，，，，，多选用中空吹塑；；；；；；；而精度要求高的，，，，，则选用注塑成型。。。。。

（4）现有生产条件

现有生产条件是指生产产品现有的设备能力、人员技术水平及外协可能性等。。。。。例如，，，，，生产重型机械产品时，，，，，在现场没有大容量的炼钢炉和大吨位的起重运输设备条件下，，，，，常常选用铸造和焊接联合成型的工艺，，，，，即首先将大件分成几小块来铸造后，，，，，再用焊接拼成大件。。。。。

又如，，，，，车床上的油盘零件，，，，，通常是用薄钢板在压力机下冲压成型，，，，，但如果现场条件不具备，，，，，则应采用其他工艺方法。。。。。例如，，，，，现场没有薄板，，，，，也没有大型压力机，，，，，就不得不采用铸造成型工艺生产；；；；；；；当现场有薄板，，，，，但没有大型压力机时，，，，，就需要选用经济可行的旋压成型工艺来代替冲压成型。。。。。

（5）充分考虑利用新工艺、新技术、新材料的可能性

随着工业市场需求日益增大，，，，，用户对产品品种和品质更新的要求越来越强烈，，，，，使生产性质由成批大量生产变成多品种、小批量生产，，，，，因而扩大了新工艺、新技术、新材料的应用范围。。。。。

因此，，，，，为了缩短生产周期，，，，，更新产品类型及质量，，，，，在可能的条件下就大量采用精密铸造、精密锻造、精密冲裁、冷挤压、液态模锻、超塑成型、注塑成型、粉末冶金、陶瓷等静压成型、复合材料成型、快速成型等新工艺、新技术、新材料，，，，，采用无余量成型，，，，，使零件近净型化，，，，，从而显著提高产品品质和经济效益。。。。。

除此之外，，，，，为了合理选用成型工艺，，，，，还必须对各类成型工艺的特点、适用范围以及成型工艺对材料性能的影响有比较清楚的了解。。。。。金属材料的各种毛坯成型工艺的特点见表3。。。。。

来源：材易通

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