零件选材的原则

使用性能 工艺性能 经济性
用所选材料制造的零件应满足 使用要求 用所选材料制造的零件应便于 加工


在满足使用性能和工艺性 能的前提下，具有较低的 成本 使用性能与工艺性能表现在哪些 方面？由哪些指标来衡量？
第一章 材料的性能
使用性能 力学性能 物理性能：材料的固有属性 化学性能：材料抵抗周围介质侵略的能力 铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能
10
备注
1. 压痕中心 距试样边缘 不应小于压 痕平均直径 的2.5倍； 2. 两相邻压 痕中心距试 样边缘不应 小于压痕平 均直径的4 倍； 3. 试样厚度 至少为压痕 深度的10倍。 试验后试样 支撑面应无 可见变形痕 迹。
钢 、 铸 铁
≥140
10
5 2.5
30
﹤140
10 5 2.5
非 铁 金 属 材 料
压缩载荷 拉伸载荷 扭转载荷 剪切载荷 弯曲载荷

变形
材料在受到载荷的作用下，发生几 何和形状的变化
弹性变形 变形 塑性变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后恢复原状的变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后不 能恢复原状的变 形，也叫永久变形
第三节 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能的优劣是用什么来衡量呢？ 力学性能指标： 用来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值 强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度 蠕变强度 断裂韧度
e

Fe A0
弹性极限σe表示保持弹性变形而不产生永久变 形的最大应力
工程中常根据σe确定弹性零件的工作应力
（3）屈服强度（σs、σ0.2）


当曲线达到B点时，曲线出现应变增加而应力 不变的现象称为屈服。屈服时的应力称为屈服 强度，记为σs，单位MPa 屈服强度σs
s
FS A0
工程中常根据σs确定材料的许用应力
≥130
10 5 2.5
35～130
10 5 2.5
﹤35
10
5
2.5
613
153


1、布氏硬度
（2）布氏硬度值及其表示方法
布氏硬度值=F/S （载荷F除以压痕的表面积S）
符号表示：
压头为淬火钢球时—HBS；适用HB<450；
压头为硬质合金时—HBW；适用HB=450~650；
布氏硬度表示： 硬度数值均写在布氏硬度符号之前。

金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀 性、导热性、导电性和磁性等。由于机器零件的 用途不同，对其物理性能的要求也有所不同。例 如，飞机零件常选用密度小的铝、镁、钛合金来 制造：设计电机零件时，常要考虑金属材料的导 电性等。
金属材料的物理性能有时对加工工艺也有一定的影 响。例如，高速钢的导热性较差，锻造时应采用低 的速度来加热升温，否则容易产生裂纹；而材料的 导热性对切削刀具的温升有重大影响。又如，锡基 轴承合金、铸铁和铸铁的熔点不同，故所选的熔炼 设备、铸型材料等均有很大的不同

需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度， 机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件 的结构有关
提高零件刚度的方法有


增加横截面面积 改变截面形状 选用弹性模量较大的材料
（2）弹性极限（σe）


当曲线达到e点后，既有弹性变形又有塑性变 形。材料在弹性变形阶段所承受的最大应力称 为弹性极限，记为σe，单位MPa 弹性极限σe
（4）抗拉强度σb
塑性


材料在外力作用下，产生永久残余变形 而不断裂的能力，称为塑性 工程上常用延伸率和断面收缩率作为材 料的塑性指标
（1）伸长率δ

l1 l0 l0
100 %
A0 A1 A0
（2）断面收缩率ψ

100%
伸长率和断面收缩率的数值越大塑性越好。 塑性好的材料可以进行各种压力加工及避免 超载时突然断裂。
游戏—材料之最
地壳中含量最高的金属元素 人体中含量最高的金属元素 目前世界年产量最高的金属 导电性、导热性最好的金属 制造新型高速飞机的重要金属 熔点最高的金属 铁 银 钛 钨 铝 钙
硬度最高的金属
铬
熔点最低的金属
光照下最易产生电流的金属
汞
铯
第二节 材料的化学性能

材料的化学性能是指材料抵抗周围介质 侵略的能力
布氏硬度试验规范
材料 硬度范围 球直径D 0.102F/ 种类 （HB） （mm） D2 试验力 F（N）
29420
7355 1839 10 9807 2452 613 30 29420 7355 1839 10 9807 2452 613 2.5 2452 60 30 30 10～15
试验力保持 时间（s）
需要注意的是：
① 伸长率 伸长率的大小与试样尺寸有关，试样
长短不同，测得的伸长率也是不同的 长试样：l0/d0=10，测得的伸长率用δ10或δ表示 短试样：l0/d0=5，测得的伸长率用δ5表示 同一材料的两个试样，分别测得δ5=15%、 δ10=15%，问哪一个塑性好?
② 断面收缩率 断面收缩率不受试样尺寸影响，
铸铁的σ—ε曲线

铜的σ—ε曲线
对没有明显的屈服现象的材料，国家标准规定 用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力 值作为该材料的屈服强度，以σ0.2表示
（3）抗拉强度σb


材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度 或强度极限，用σb表示，单位MPa。在图1.1-1中 的D点所对应的应力值即为σb， b F A 屈服强度与抗拉强度的比值σs/σb称为屈强比 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载 荷或某些意外因素使金属变形，也不至于立即 断 裂。但若屈强比过小，则材料强度的有效利用率 太低。 在静载荷作用下，只要工作应力不超过 材料的抗拉强度，零件就不会发生断裂
3. 塑性


材料在外力作用下，产生永久残余变形 而不断裂的能力，称为塑性 工程上常用延伸率和断面收缩率作为材 料的塑性指标
（1）伸长率δ

l1 l0 l0
100 %
A0 A1 A0
（2）断面收缩率ψ

100%
伸长率和断面收缩率的数值越大塑性越好。 塑性好的材料可以进行各种压力加工及避免 超载时突然断裂。
汽车工程材料 是指用于制造汽车零部件的各
种材料
金属材料 汽车工程 材料（按 其属性分） 非金属材料
钢铁 有色金属及其合金 工程塑料 合成纤维 高分子材料 合成橡胶 胶粘剂 涂料 陶瓷材料 陶瓷 玻璃 复合材料
非金属基复合材料 金属基复合材料
汽车工程材料的选择

汽车制造中要使用各种各样的材料：钢 铁、玻璃、塑料、橡胶等。而仅仅对钢 材一项而言，就有2000多种不同种类和 型号的品种。随着技术的进步，新型材 料将会不断面世，面对如此之多材料种 类，要制造一部汽车有那么多的零件， 应根据什么原则来选择制造某一零件的 材料呢？
压头为锥顶角120°的金刚石圆锥或直径为 1.58mm的淬火钢球
洛氏硬度值=（k-h）/0.002
洛氏硬度符号表示：HR
常用的洛氏硬度标尺有：A、B、C三种， 用符号HRA、HRB、HRC表示 实验条件及应用范围见P17表1-2
表示方法如：20HRA、80HRB 、80HRC
实验条件及应用范围
硬 度 符 号


1、布氏硬度
（3）特点及其应用
压痕面积较大，能反映出一定 范围内被测金属材料的硬度， 试验结果较精确 用于毛坯或半成品的硬度测试

特点
应用
真正的大奔是这样子的?
想要哪一个?
2.洛氏硬度
(1)洛氏硬度试验原 理
１２０°
．２ Ｒ０
ｈ
洛氏硬度计
洛氏硬度试验原理
2.洛氏硬 度

(2)洛氏硬度值及表示方法
加入Cr、Si等元素，可提高钢的抗氧化 性。如4Cr9Si2可制造内燃机排气阀及 加热炉炉底板，料盘等。


金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时， 抵抗各种活泼介质的化学侵蚀的能力，如耐酸 性、耐碱性、抗氧化性等。

对于在腐蚀介质中或在高温下工作的机器零件， 由于比在空气中或室温时的腐蚀更为强烈，故 在设计这类零件时应特别注意金属材料的化学 性能，并采用化学稳定性良好的合金。如化工 设备、医疗用具等常采用不锈钢来制造，而内 燃机排气阀常选用耐热钢制造。
非金属材料的化学性能

耐蚀性 耐热性 化学稳定性 抗老化能力


• 材料的力学性能： 是指材料在外加载荷作用下
所表现出来的性能
根据载荷 的性质分
静载荷 冲击载荷 交变载荷
大小和方向不变或变动很慢的载荷 以较高速度突然作用于零部件的载荷 大小和方向随时间发生周期变化的载荷
• 载荷
根据载荷 的形式分
不同材料的σ—ε曲线（P141—5）
铸铁、玻璃为脆性材料
2.强度指标
（1）弹性模量E

材料在弹性范围内，应力与应变成正比， 其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。 弹性模量E 标志着材料抵抗弹性变形的能 力，用以表示材料的刚度。E 值的大小主 要取决于各种材料的本性，一些处理方法 （如热处理、冷热加工、合金化等）对它 影响很小。
一、耐蚀性 金属材料 二、抗氧化性 选材
提高耐蚀性的措施
表面处理
表面涂覆 表面镀层 表面发黑（蓝）
耐蚀性

指材料在常温下抵抗周围介质（氧、水 蒸气及其它化学介质）腐蚀破坏的能力
碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差；钛及其合 金、不锈钢的耐腐蚀性好；铝合金和铜 合金有较好的耐腐蚀性。