《零件材料的選擇》課件

零件材料的選擇課程目標(biāo)了解零件材料選擇的基本原理和方法。掌握不同材料的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域。能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的零件材料。材料選擇的重要性材料選擇是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的重要環(huán)節(jié)。選擇合適的材料可以提高產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。錯(cuò)誤的材料選擇會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，甚至出現(xiàn)安全隱患。因此，材料選擇需要謹(jǐn)慎考慮。材料性能概述機(jī)械性能材料抵抗變形和斷裂的能力，例如強(qiáng)度、硬度、韌性等。物理性能材料的物理特性，例如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等。化學(xué)性能材料抵抗化學(xué)腐蝕和降解的能力，例如耐酸堿性、抗氧化性等。工藝性能材料的加工性能，例如可加工性、可焊接性、可鑄造性等。機(jī)械性能強(qiáng)度材料抵抗外力而不發(fā)生斷裂的能力，是材料最重要的性能之一。硬度材料抵抗外力壓入或刻劃的能力，反映了材料的耐磨損和抗刮傷性能。韌性材料在斷裂前吸收能量的能力，反映了材料的抗沖擊性能。塑性材料在外力作用下發(fā)生永久變形的能力，反映了材料的加工性能。物理性能密度材料的密度是指單位體積的質(zhì)量，它影響零件的重量和慣性力。熔點(diǎn)材料的熔點(diǎn)是指在一定壓力下，固態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)物質(zhì)時(shí)的溫度，它決定了材料在高溫環(huán)境下的應(yīng)用范圍。導(dǎo)熱系數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)是指材料傳遞熱量的能力，它影響零件的熱傳導(dǎo)性能和散熱性能?；瘜W(xué)性能1耐腐蝕性材料抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。2耐氧化性材料抵抗氧氣和其他氧化劑侵蝕的能力。3化學(xué)穩(wěn)定性材料在不同化學(xué)環(huán)境中的穩(wěn)定性。工藝性能鑄造性能材料的鑄造性能指的是材料在鑄造過(guò)程中，是否容易形成合格的鑄件。鍛造性能材料的鍛造性能指的是材料在鍛造過(guò)程中，是否容易變形，以及變形后是否容易得到合格的鍛件。焊接性能材料的焊接性能指的是材料在焊接過(guò)程中，是否容易形成合格的焊縫，以及焊縫的性能是否滿足要求。經(jīng)濟(jì)性能1成本材料的成本是選擇中最重要的因素之一。成本包括采購(gòu)成本、加工成本、維護(hù)成本等。2可獲得性材料的供應(yīng)和可獲得性會(huì)影響生產(chǎn)周期和成本。稀有或難以獲得的材料可能導(dǎo)致生產(chǎn)延誤或成本增加。3加工性易于加工的材料可以提高生產(chǎn)效率，降低成本。難加工的材料需要特殊設(shè)備或工藝，導(dǎo)致更高的成本。材料選擇的一般原則性能要求首先要明確零件的性能要求，例如強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等，并根據(jù)要求選擇合適的材料。成本控制在滿足性能要求的前提下，選擇成本更低的材料可以提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。工藝可行性選擇適合加工的材料，例如可加工性、焊接性等，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。材料屬性分析1機(jī)械性能強(qiáng)度、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度、耐磨性等。2物理性能密度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率等。3化學(xué)性能耐腐蝕性、氧化性、抗化學(xué)溶劑性等。4工藝性能可加工性、可焊性、可鑄性、可塑性等。5經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格、供應(yīng)量、可獲得性等。材料屬性表強(qiáng)度(MPa)硬度(HB)密度(g/cm3)材料屬性對(duì)比2材料屬性密度、強(qiáng)度、硬度等3材料種類金屬、陶瓷、塑料等4應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)構(gòu)件、機(jī)械零件等不同應(yīng)用領(lǐng)域的材料選擇結(jié)構(gòu)件材料強(qiáng)度、剛度和耐久性是主要考慮因素。機(jī)械零件材料耐磨損、抗疲勞和抗沖擊性能至關(guān)重要。電子電氣件材料導(dǎo)電性、絕緣性和抗腐蝕性是關(guān)鍵屬性。結(jié)構(gòu)件材料承重結(jié)構(gòu)鋼、鋁、混凝土、木材等材料通常用于建筑物的承重結(jié)構(gòu)，例如梁、柱和地板。非承重結(jié)構(gòu)玻璃、石膏板、磚塊等材料常用于建筑物的非承重結(jié)構(gòu)，例如墻壁、天花板和隔斷。機(jī)械零件材料軸承鋼材、陶瓷、塑料彈簧彈簧鋼、合金鋼、不銹鋼螺栓碳鋼、合金鋼、不銹鋼齒輪合金鋼、不銹鋼、塑料電子電氣件材料集成電路硅、鍺等半導(dǎo)體材料，用于制造CPU、內(nèi)存等電子元件。印刷電路板環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維等材料，用于制作電路板，承載電子元件。導(dǎo)線銅、鋁等金屬材料，用于傳輸電流，連接電子元件。汽車零部件材料車身材料鋼、鋁、塑料、碳纖維等材料被廣泛用于車身制造，以滿足強(qiáng)度、重量、成本和耐久性等要求。動(dòng)力系統(tǒng)材料發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)系統(tǒng)等部件通常采用高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鑄鐵等材料，以承受高溫、高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)。底盤(pán)材料懸架、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等底盤(pán)部件通常采用高強(qiáng)度鋼、鋁合金、復(fù)合材料等，以確保車輛的穩(wěn)定性和安全性。內(nèi)飾材料座椅、儀表盤(pán)、門(mén)板等內(nèi)飾部件通常采用皮革、織物、塑料、金屬等材料，以提供舒適性和美觀度。航空航天材料輕量化航空航天材料需要非常輕，以減少燃料消耗和提高效率。高強(qiáng)度它們必須能夠承受極端的壓力和溫度，并具有高抗疲勞性。耐腐蝕性在惡劣的環(huán)境中，材料需要能夠抵抗氧化和腐蝕。生物醫(yī)用材料1生物相容性生物醫(yī)用材料需要與人體組織和器官兼容，避免免疫排斥或毒性反應(yīng)。2機(jī)械強(qiáng)度材料需具備足夠的強(qiáng)度和韌性，以承受人體組織的壓力和運(yùn)動(dòng)。3可降解性可降解的生物醫(yī)用材料在完成其功能后可被生物體吸收或分解，避免植入物長(zhǎng)期存在帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。4可加工性材料需易于加工成所需的形狀和尺寸，方便醫(yī)療器械的生產(chǎn)和制造。材料選擇的實(shí)踐應(yīng)用1案例分析針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，深入分析材料選擇案例2設(shè)計(jì)評(píng)估結(jié)合材料性能和應(yīng)用需求，進(jìn)行材料性能評(píng)估3材料選型基于評(píng)估結(jié)果，選擇最優(yōu)材料方案案例分析1：結(jié)構(gòu)件材料選擇以橋梁結(jié)構(gòu)為例，橋梁結(jié)構(gòu)件需要承受巨大的荷載和各種復(fù)雜環(huán)境的影響，材料選擇尤為重要。根據(jù)橋梁類型、荷載情況和環(huán)境條件等因素，可以選擇鋼材、混凝土、木材等材料。例如，對(duì)于大型橋梁，通常采用高強(qiáng)度鋼材或預(yù)應(yīng)力混凝土來(lái)提高承載能力和耐久性。案例分析2：機(jī)械零件材料選擇機(jī)械零件材料選擇需綜合考慮其工作環(huán)境、受力情況、運(yùn)動(dòng)形式、尺寸精度、表面質(zhì)量等因素。例如，選擇齒輪材料時(shí)，需考慮齒輪的傳動(dòng)類型、齒輪尺寸、工作負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等因素。對(duì)于高速、重載的齒輪，通常選擇高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損的材料，如合金鋼。案例分析3：電子電氣件材料選擇電子電氣件材料選擇需考慮電氣性能、熱性能、耐腐蝕性等因素。例如，集成電路芯片選用硅材料，其具有高導(dǎo)電率和耐高溫性。此外，還需要考慮材料的加工工藝和成本，并選擇符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的材料。案例分析4：汽車零部件材料選擇汽車零部件材料選擇需綜合考慮性能、成本、工藝、環(huán)保等因素。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體材料需兼顧強(qiáng)度、耐熱性和可加工性。鋁合金材料重量輕、導(dǎo)熱性好，但強(qiáng)度不如鑄鐵，需采用特殊工藝提高強(qiáng)度。車身材料則需考慮輕量化、耐腐蝕性和安全性，目前廣泛使用高強(qiáng)度鋼和鋁合金材料。案例分析5：航空航天材料選擇航空航天材料需要滿足高強(qiáng)度、輕量化、耐高溫、抗腐蝕等嚴(yán)格要求。例如，飛機(jī)機(jī)身材料通常選用鋁合金或復(fù)合材料，以減輕重量并提高燃油效率。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料需要耐高溫、抗氧化，通常選用高溫合金或陶瓷材料。案例分析6：生物醫(yī)用材料選擇心臟瓣膜生物醫(yī)用材料用于制造人造心臟瓣膜，以替代受損的瓣膜，恢復(fù)正常血液循環(huán)。人工關(guān)節(jié)生物醫(yī)用材料用于制造人工關(guān)節(jié)，用于修復(fù)關(guān)節(jié)損傷，改善患者活動(dòng)能力。牙種植體生物醫(yī)用材料用于制造牙種植體，替代缺失牙齒，恢復(fù)咀嚼功能。材料選擇中的注意事項(xiàng)考慮材料成本，包括采購(gòu)成本、加工成本等。避免過(guò)度追求高性能材料，而忽視經(jīng)濟(jì)性。確保所選材料的供應(yīng)充足，避免因材料短缺影響生產(chǎn)進(jìn)度。