Page 29 - 机械自动化设计与制造研究

第一章 机械设计

（四）机械设计中材料选择的原则
机械设计材料选择的意义在机械设计中，往往会根据不同工艺需求确定机
械结构，不同结构会选择不同材料达到机械设计的目的。材料的力学性能主要有
脆性、强度、塑性、硬度和韧性五个方面，根据使用要求、材料的力学性能、工
作条件、工艺要求和经济性确定选用何种材料，从而达到设计工艺的目的。材料

会影响机械设备的经济性和使用寿命。以下从机械材料选择的原则体现材料选择
的意义，常用的机械材料选择原则如下。
1. 使用要求

机械材料的选择要确保零件的机械性能和载荷要求。材料的机械性能应满
足零件的使用寿命要求，达到设计寿命。机械性能是指零件在工作过程中应具备
的力学性能、物理性能、化学性能，这是选择材料的重要依据。机械零件重要的
机械性能是力学性能，力学性能主要有脆性、强度、塑性、硬度、韧性，对零件
力学性能的要求通常是分析并评估零件的使用环境，如温度、环境介质、受力情

况等，还要考虑零件的极限性（在屈服强度临界点的情况下评估出来的），依据
机械性能选择零件材料可按以下方法进行。（1）通过评估零件的工作条件确定
机械性能。零件的工作环境较为复杂，要根据工艺特点进行评估，工作环境包括

载荷性质（静载、动载）、载荷大小、受力状况（拉伸、挤压、折弯、裁剪等）、
工作温度（低温、室温、高温）、环境介质（淡水、海水、酸性溶液、碱性溶液等）、
对零件的特殊要求（辐射、磁、电等）等。从上述工作环境确定零件的机械性能。（2）
评估工作零件是否会改变材料本身的力学性能。如果某特定环境需要零件具有高
强度的特性，则要对零件进行硬化处理，改变材料的硬度达到使用要求。例如：

45# 钢可以进行调质处理，这是设计选材的关键，也是较难把握的环节。由于零
件的尺寸大小决定了零件的强度，在较长的工作条件、工作应力和使用寿命下可
以考虑对表面进行硬化处理。（3）评估材料备选。可根据材料的性能数据要求

查阅相关手册，找出合适的材料。预选的备用料可以通过验证来选，达到节省成
本的目的。
2. 工艺要求
机械材料的选择要确保零件的工艺性能，零件的工艺性能表示零件加工的
难易程度。任何机械零件都是通过一定的加工工艺制造出来的，包括结构的复杂

程度、热处理和表面处理等工艺性，因此，在满足使用要求的同时，要兼顾材料

17
17