试析机械材料的类型及其选用原则

冯广增

摘 要：随着工程实际对机械及其零件要求的提高，以及材料科学的不断发展，机械材料的类型变得多种多样，机械材料的选用原则也变得越来越严格，材料的合理选择愈来愈成为提高机械零部件质量、降低生产成本的重要手段和途径。本文主要分析机械零部件材料的现有类型，及工程实际选用的一般原则。

关键词：机械零件；材料；分类；选用

现如今，科学技术发展突飞猛进，机械工程设计与制造的发展趋于智能化和信息化，而其对工程材料的发展要求也越来越高，可以毫不夸张的说工程材料的发展是工程机械发展中的最重要的因素和组成部分。因此，正确认识机械零部件材料的现有类型及其发展趋势，掌握机械零件材料的选择原则，对我国机械工业的发展有着长足的重要影响。

1 机械零部件材料的现有类型和特点

目前，机械零部件材料主要有金属材料、非金属材料和复合材料三大类。其中，常见金属材料主要分为黑色金属和有色金属，黑色金属即铁碳合金包括钢和铸铁，钢又分为碳钢和合金钢，铸铁有白口、灰口、麻口铸铁。非金属材料主要分为有机高分子材料和无机非金属材料，有机高分子材料主要有塑料、橡胶、纤维等，无机材料主要有陶瓷、玻璃等。复合材料主要分为纤维增强复合材料、层状复合材料和颗粒复合材料等。

金属材料是各类工程材料中使用最广的，占90%以上。这其中，钢铁尤其使用最多，这是由于它具有良好的物理力学性能（如强度、塑性、韧性等），而且使用成本低廉、较易获取、能满足多种性能和用途的要求，常用于制造重要零件。除钢铁以外的有色金属中，铝和铜及其合金由于质量小、导热导电性能好等优点应用较多。

无机高分子材料按特性通常分为塑料、橡胶和纤维等。高分子材料的原料丰富，获取能耗低，成形和加工容易，密度小，比强度高，耐蚀性好，有良好的电绝缘和热绝缘性，在适当范围内有较好的弹性。但它也有强度和硬度较低、易老化、阻燃性和耐热性差、工作温度低等缺点。近年来，高分子材料在各领域的应用逐渐增多，并占有越来越重要的地位。

陶瓷是无机非金属材料。作为工程结构陶瓷材料，主要有高温结构陶瓷和刀具结构陶瓷，高温结构陶瓷的主要成分为Si3N4和SiC，刀具结构陶瓷主要成分为Al2O3。陶瓷材料的特点是熔点、硬度和化学稳点性很高，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好等特点，主要缺点是比较脆，断裂韧度低，价格高，加工工艺性差。

复合材料是由两种或两种以上不同物质经人工组成的兼有各组成物优良性能的新型工程材料。一般由基体和增强材料两部分组成，也可由基体和其他功能的材料组成。复合材料的主要优点是有较高的强度和弹性模量，质量较轻，但也有耐热性差、导热和导电性差、价格贵等缺点。目前，复合材料主要用于航空航天等高科技领域，民用产品应用较少。

2 机械零部件材料的选用原则

在机械零部件的设计与制造过程中，合理地选择和使用材料是一项重要的工作。材料选择不当会使得加工困难，降低生产率，增加生产成本，影响机械零部件的质量，进而影响零部件的使用寿命，易引起设备损坏和造成人身安全。由于金属材料占总使用量的90%以上，这里以金属材料为主，讨论选材的一般原则。

一般而言，机械零部件材料的选用考虑如下三条原则。

材料的使用性能。材料的使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件，是选材的首要考虑问题。对一般机械零部件，主要包括零部件在工作或使用过程中所受的载荷、应力，所处环境特点，工作温度的高低和摩擦磨损的程度等。脆性材料原则上只适用于制造静载荷下工作的零件，在有冲击的场合则适用塑性材料。在湿热环境下工作的零部件，材料应有较好的防锈和耐腐蚀能力。工作温度的提高会影响两配合零件的配合关系，改变材料的力学性能。对于摩擦磨损严重的零件部位，应提高其表面质量，增强耐磨性。

材料的工艺性能。不同形式结构，采用不同的方法制造，不同的制造方法则要求选用不同的材料。用铸造材料制造毛坯时，一般不受零件尺寸及质量的限制，而用锻造材料制造毛坯时，则须注意設备的生产能力和零件尺寸质量。结构复杂的零件宜用铸造毛坯，结构简单的零件可用锻造法制毛坯。另外，还应考虑材料的加工可能性，选择合适的铸造材料、锻造材料、焊接材料、适合热处理的材料或适合冷加工的材料等。

材料的经济性。零件的总成本包括材料的价格和利用率、加工费用、运输费用、安装费用及其他一切费用等。在保证使用与制造工艺要求的前提下，应选用价格低的材料；考虑材料来源供应问题，在同一产品中，选用材料的种类、价格应尽量少和集中；选材时不能只考虑材料的价格而忽视零件的使用寿命；材料的工艺性对生产成本有一定影响，工艺性差的材料不仅加工困难，技术措施难以达到要求，而且废品率高，生产成本高。

3 结语

机械材料的分类多种多样，新型材料也层出不穷，设计人员应该多多了解各种工程材料的优缺点，全面了解国内资源条件、生产情况、国家标准，从实际情况出发，全面考虑使用性能、工艺性能和经济性等方面问题，合理地选用材料。

参考文献

[1]陈培里.工程材料及热加工.高等教育出版社.2007

[2]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2013