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第九章轮机主要零件的材料

第一节机械零件材料的选用原则

考点1：概述

工程上常用的材料主要有：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等，它们各

有其特点。

金属材料具有良好的力学性能、工艺性能，主要用来制造重要的结构零件和工程构件；

高分子材料强度、弹性模量、疲劳抗力、韧性等较低，但它密度小，减振性良好，耐腐蚀

性好，弹性变形能力强，常用于制造轻载传动齿轮、耐腐蚀的化工设备与零件和密封元件

等；瓷材料质地硬而脆，但耐高温和耐腐蚀性良好，用于制造耐高温、耐腐蚀、耐磨的零

件；新型的复合材料，具有优异的性能，但价格昂贵，主要用于航天工业上的一些重要构

件。

在众多的可选材料中，如何选择一个能充分发挥材料潜能的适宜材料，一般是在满足

零件使用性能要求的前提下，再考虑材料的工艺性能和总的经济性，并要充分重视、保障

环境不被污染，符合可持续发展要求。

1.关于零件材料的选用原则的叙述，正确的是________。

Ⅰ．根据工况确定对零件的性能要求；Ⅱ．根据性能要求初选相应的材料；Ⅲ．可对初选

的材料进行热处理调配所需的性能。

A．Ⅰ+Ⅱ

B．Ⅰ+Ⅲ

C．Ⅱ+Ⅲ

D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ

2.零件选材时应考虑________。

Ⅰ．材料的使用性能；Ⅱ．材料的工艺性能；Ⅲ．材料的经济性。

A．Ⅰ+Ⅱ
B．Ⅱ+Ⅲ

C．Ⅰ+Ⅲ

D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ

3.所谓合理选材，叙述正确的是________。

Ⅰ．以满足使用性能为前提；Ⅱ．最大限度地发挥材料的潜力；Ⅲ．力求所花的总费用最

低。

A．Ⅰ+Ⅱ

B．Ⅱ+Ⅲ

C．Ⅰ+Ⅲ

D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ

考点2：使用性能原则

使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物理性能和化学性能。

对大量机器零件和工程构件，则主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，则必须

根据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使用要求。设计零件进行

选材时，主要根据零件的工作条件，提出合理的性能指标。

1．零件工作条件分析

一个零件的使用性能指标是在充分分析了零件的服役条件和失效形式后提出的。零件

的服役条件包括：受力状况--拉伸、压缩、弯曲、扭转；载荷性质--静载、冲击载荷、循

环载荷；工作温度--常温、低温、高温；环境介质--有无腐蚀介质或润滑剂的存在；特殊

性能要求--导电性、导热性、导磁性、密度、膨胀等。

2．常用力学性能指标在选材中的应用

常用的力学性能指标是强度、硬度、塑性、韧性等。

选材时经常要问的一个问题是：强度能否满足抵抗服役载荷的应力。其主要判据就是

强度，屈服强度对于成形工序估计所需外力或考虑单个过载的影响时，都是重要的指标。
硬度对估计材料的磨损抗力和钢的大致强度都很有用，它最广泛的应用是作为热处理

的质量保证。

塑性也是材料选择中的重要因素，如某种金属拉伸时具有一定的最小伸长值，则它在

服役中将不会发生脆性断裂失效。较高的塑性可对零件起到过载保护作用，使零件成形更

为容易。

冲击韧性的实质是表征在冲击载荷和复杂应力状态下材料的塑性，它对材料组织缺陷

和温度更为敏感，是判断材料脆断的一个重要指标。

以性能指标作为判据选择材料时，应充分考虑试验条件与实际工作条件的差别；热处

理工艺改变组织后对性能指标的影响；形状尺寸效应等带来实际情况与实验数据之间的偏

差。

所以应对手册数据进行适当修正，用零件做模拟试验后，提供更可靠的选材保证。

1.受力零件，宜选用________材料。

A．铸铁

B．工具钢

C．结构钢

D．低碳钢

2.船用柴油机连杆螺栓一般选用________的材料，齿轮零件可选用________的材料。

A．高强度/高硬度

B．高硬度/高强度

C．淬透性高/淬透性低

D．淬透性低/淬透性高

3.在工程设计中，对易发生脆性断裂的重要零构件，应按________进行设计。

A．屈服强度

B．抗拉强度
C．断裂韧性

D．冲击韧性

考点3：工艺性能

材料工艺性能的好坏，对零件加工的难易程度、生产效率高低、生产成本大小等起着

重要作用，同使用性能相比，工艺性能处于次要地位，但在特殊情况下，工艺性能也可能

成为选材的主要依据。

高分子材料、陶瓷材料的工艺路线较简单，而金属材料的工艺路线较复杂，但适应性

能很好，常用的加工方法有铸造、压力加工、焊接、切削加工等。

金属材料加工的工艺路线远较高分子材料和陶瓷材料复杂，而且变化多，不仅影响零

件的成形，还大大影响其最终性能。

（1）性能要求不高的一般金属材料选材的工艺路线

毛坯→正火或退火→切削加工→零件

（2）性能要求较高的金属零件选材的工艺路线

毛坯→预先热处理（正火、退火）→粗加工→最终