現(xiàn)代化的工業(yè)進(jìn)程對機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)提出了新的要求。機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是非常重要的。合理選用機(jī)械工程材料對充分發(fā)揮工程材料本身的性能潛力，保證材料具有良好的加工工藝性能，獲得理想的使用性能，提高產(chǎn)品零件的質(zhì)量，節(jié)省工程材料，降低生產(chǎn)成本等方面起著重大影響。

1、常用工程材料分類

1.1按屬性可分為金屬材料和非金屬材料兩大類：

金屬材料包括黑色金屬和有色金屬。有色金屬用量雖只占金屬材料的5%，但因具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高的比強(qiáng)度等，而在機(jī)械工程中占有重要的地位。

非金屬材料又可分為無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料。前者除傳統(tǒng)的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料外，還包括氮化硅、碳化硅等新型材料以及碳素材料（見碳和石墨材料）等。后者除了天然有機(jī)材料如木材、橡膠等外，較重要的還有合成樹脂（見工程塑料）。

此外，還有由兩種或多種不同材料組合而成的復(fù)合材料。這種材料由于復(fù)合效應(yīng)，軟質(zhì)包膠滾輪具有比單一材料優(yōu)越的綜合性能，成為一類新型的工程材料。

1.2機(jī)械工程材料也可按用途分類：

如結(jié)構(gòu)材料（結(jié)構(gòu)鋼）。工模具材料（工具鋼）。耐蝕材料（不銹鋼）、耐熱材料（耐熱鋼）、耐磨材料（耐磨鋼）和減摩材料等。

1.3由于材料與工藝緊密聯(lián)系，也可結(jié)合工藝特點(diǎn)來進(jìn)行分類：

如鑄造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，也可直接制造各種精密機(jī)械零件，已發(fā)展成一類粉末冶金材料。

2、材料性能

選用材料，首先要了解材料的基本特性，其中力學(xué)性能是最重要的，包括材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐磨性等，要了解這些性能的意義，也要知道什么場合側(cè)重那些材料性能，這樣才能保證材料選擇的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性

材料力學(xué)性能：指的是材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能。其主要指標(biāo)有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞等。

強(qiáng)度：強(qiáng)度指的是在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，軟質(zhì)包膠滾輪強(qiáng)度指標(biāo)通常通過靜拉伸試驗(yàn)測定。

塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力叫塑性，可以通過靜拉伸試驗(yàn)測定。

硬度：材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度表示方法有布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）。

韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。

疲勞強(qiáng)度：材料在無限多次交變載荷作用而不會產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力。

物理性能：金屬材料的主要物理性能有密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等。

化學(xué)性能：金屬材料的化學(xué)性能是指金屬及合金在常溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力。

材料加工性能：包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、機(jī)械加工性能和熱處理工藝性能。

3、材料牌號

由于工業(yè)發(fā)展的程度不同，各個(gè)國家都有自己的材料標(biāo)準(zhǔn)，如中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織-ISO，德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-DIN，英國標(biāo)準(zhǔn)-BS，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-JIS，美國鋼鐵協(xié)會JISI，美國汽車工程師協(xié)會-SAE等。各國的標(biāo)準(zhǔn)不同造成名稱和計(jì)法的多樣化。比如GB的45鋼記為S45C；GB的GCr15，JIS記為SUJ2，IS0記為B1。

如此多的國家標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)體系，在選擇標(biāo)準(zhǔn)牌號過程中我們要根據(jù)自己的工作和所處環(huán)境對各國的工業(yè)準(zhǔn)或者世界代表鋼廠的牌號進(jìn)行選擇。在自動(dòng)化行業(yè)（如長三角、珠三角等）企業(yè)，選材主要根據(jù)的是JIS日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn);如果是國有企業(yè)，更多依據(jù)的是我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。

4、材料選用原則

我們知道，選材的一般原則是：由工作條件確定使用性能的要求，這是材料選用的基本出發(fā)點(diǎn)。其次是要考慮材料的加工工藝性。第三是要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。力爭使各項(xiàng)花費(fèi)的總和達(dá)到最低值。最終做到：“材料的使用性能足夠、工藝性能良好、供應(yīng)上能保證、經(jīng)濟(jì)性應(yīng)合理”。

4.1選材的一般使用原則

材料的使用原則在于用所選材料制造出的機(jī)械零件能否保證其使用性能。材料的使用性能是指機(jī)械零件在正常工作情況下材料應(yīng)具備的性能。包括力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能等。零件的使用性能是保證其工作安全可靠、經(jīng)久耐用的必要條件。是選材時(shí)考慮的最主要的依據(jù)。不同零件所要求材料的使用性能是不一樣的，有的要求強(qiáng)度高，有的要求硬度高，有的要求耐磨性高，有的無嚴(yán)格的性能要求，只需保證一定形式的外表即可。在大多數(shù)情況下應(yīng)首先考慮零件的使用性能，對一般機(jī)械零件來說，則要考慮其力學(xué)性能。

4.2選材的工藝性原則

工藝性原則是指所選用的材料能否保證順利地加工制造成零件。例如某些材料僅從零件的使用要求來看是完全合適的，但無法加工制造或加工制造很困難，成本很高，這些都屬于工藝性不好。因此，材料工藝性能的好壞，在決定零件加工的難易程度、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等方面起著十分重要的作用，是選材時(shí)必須同時(shí)考慮的另一個(gè)重要因素。

4.3選材的經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性原則是指所選用的材料加工成零件后能否做到成本低廉，價(jià)格便宜。從選材的經(jīng)濟(jì)性原則考慮，應(yīng)盡可能選用貨源充足、價(jià)格低廉、加工方便、總成本低的材料。一般來講在滿足零件使用性能的前提下，盡量優(yōu)先選用廉價(jià)的材料，能用碳素鋼的，不用合金鋼；能用低合金鋼的不用高合金鋼；能用鋼的就不用有色金屬。此外，考慮經(jīng)濟(jì)性要從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)出發(fā)，不能僅看眼前利益。一些暫時(shí)看起來成本費(fèi)用高的材料，由于其使用壽命長、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用少，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，經(jīng)濟(jì)效益還是好的。而綜合來看，其經(jīng)濟(jì)性仍然是合理的。還須注意，在選用高分子材料時(shí)，除考慮上述三項(xiàng)原則外，還應(yīng)著重考慮在使用條件下，周圍環(huán)境（如溫度、水、氧、光、油等）對其性能的影響。

5、選材步驟

機(jī)械工程材料的選擇是一項(xiàng)十分重要又復(fù)雜繁瑣的工作。其基本步驟如下。

（1）分析零件對所選材料的性能要求及失效分析，包括分析零件的工作條件，零件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算等。

（2）對可供選擇的材料進(jìn)行篩選，現(xiàn)代工程材料分為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。把所有的工程材料都當(dāng)作選擇對象，根據(jù)材料的性能要求進(jìn)行篩選。

（3）對可供選擇的材料進(jìn)行評價(jià)。

（4）最佳材料的決定。

（5）零件所選材料的實(shí)際驗(yàn)證。

6、常用材料介紹

Q235-A：含碳量＜0.2% 的低碳鋼，表示屈服強(qiáng)度是 235MPa ，其塑性較好、有一定強(qiáng)度但不耐沖擊。一般用來做焊接結(jié)構(gòu)件，例如焊接機(jī)架的方通、焊接塊、機(jī)架大板、角鋼等。表面處理時(shí)結(jié)構(gòu)件一般采用噴或烤漆，板類為防銹通常鍍鉻或發(fā)黑。（適合發(fā)黑處理的鋼種只有碳鋼和低合金鋼，其原理就是在鋼種零件表面鍍一層致密的氧化鐵薄膜。）

45# 鋼：含碳量為 0.42~0.50% 的中碳鋼 , 其機(jī)械性能、切削性能優(yōu)良，焊接性能較差。一般用來做機(jī)架大板，結(jié)構(gòu)連接件，強(qiáng)度要求不高的軸等。45 鋼調(diào)質(zhì)（淬火 +回火）硬度在 HRC20~HRC30 之間，淬火硬度一般要求 HRC45, 硬度高過后強(qiáng)度穩(wěn)定性達(dá)不到要求。

40Cr：屬于合金結(jié)構(gòu)鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的力學(xué)性能，但焊接性不好、易出現(xiàn)裂紋?？捎糜谥谱鼾X輪、連桿、軸等。淬火后表面硬度可達(dá) HRC55 。

不銹鋼 SUS304、SUS316：均是碳含量 ≤ 0.08%的低碳鋼。具有良好的耐腐蝕性，機(jī)械性能、沖壓彎曲熱加工性好，標(biāo)準(zhǔn) SUS304無磁性。但很多產(chǎn)品因 冶煉時(shí)成分偏析或熱處理不當(dāng)?shù)仍颍斐蓭Т判?，如要求無磁性需在工程圖中說明。SUS316 比 304 抗腐蝕性能力強(qiáng)、尤其在高溫、惡劣環(huán)境情況下。目前市場上有很多316L，因含碳量更低，其焊接性能、加工性能優(yōu)于 SUS316 。鈑金在設(shè)計(jì)中一般用來做小部件的外罩、傳感器等標(biāo)準(zhǔn)件的安裝座，板材類可用于零件連接。

不銹鋼 SUS420J2：熱處理后 具有較高的強(qiáng)度和耐磨性 ,適宜制造承受高負(fù)荷 ,高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具。另因其拋光性能較高，是較好的裝飾材料。

模具鋼 CR12：為國標(biāo)名稱，對應(yīng) JIS 名稱 SKD1, 所因其綜合性能優(yōu)良、價(jià)格低廉，是目前應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼。具有高強(qiáng)度、耐磨性好，但沖擊韌 度較差、易脆裂。主要用于承受沖擊負(fù)荷較小的，高耐磨的沖模、沖頭等。

SKD11：具有良好的硬度和耐磨性，其韌性較Cr12 鋼高?？捎脕碇圃鞌嗝孑^大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷的各種模具和工具。

DC53 ：是對 SKD11 進(jìn)行改良的新型模具鋼， 回火后硬度可達(dá) 62HRC ，強(qiáng)度、耐磨性、韌性均優(yōu)于 SKD11 ，切削性和研磨性也優(yōu)于 SKD11 ，使用 DC53 可增加工具模具壽命和減少加工工序，未來將在通用及精密模具領(lǐng)域全面取代 SKD11。

S136：塑膠模具 , 用于防腐蝕及需鏡面拋光的場合。長期使用后，模穴表面仍能維持原光滑狀態(tài)，淬火硬度可達(dá) HRC52，適用于弱酸及潮濕環(huán)境下使用的模具、耐磨零件等。

65Mn：焊接性差、高耐磨，應(yīng)用于各種彈簧、卡簧、離合器簧片。非標(biāo)設(shè)計(jì)中多用來做鐵道鋼軌、彈片等。

鑄鐵：主要由鐵、碳、硅等金屬元素組成，是含碳量 ＜2% 的鐵碳合金，工業(yè)用鑄鐵的含碳量一般在 2.5%~4% ，因其流動(dòng)性好多用于鑄造復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件。球墨鑄鐵的力學(xué)性能最好，灰鑄鐵較差。但由于灰鑄鐵價(jià)格低廉，且具有鑄造性、耐磨性、減震性較好，故其是應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵，球鑄鐵次之?；诣T鐵（ HT150）應(yīng)用較多，常用于齒輪箱體，機(jī)床床身，箱體，液壓缸，泵、閥體，軸承蓋等，非標(biāo)中用來做復(fù)雜的零件或治具。

鋁：AL6061、AL7075，7075 鋁板屬于超硬鋁板，軟質(zhì)包膠滾輪硬度比 6061 高。但 7075 價(jià)格比6061 高很多。均可進(jìn)行本色陽極氧化、噴砂氧化、硬質(zhì)氧化、鍍鎳等處理。一般加工件用本色陽極氧化，可保證精加工尺寸。噴砂氧化外觀觀賞性更好，但無法保證高精度。如想讓鋁件有鋼件的外觀感覺，可鍍鎳。一些直接與產(chǎn)品接觸的鋁件，如對粘性、耐高低溫性、絕緣性有要求時(shí)可考慮鍍鐵氟龍。