現(xiàn)代化的工業(yè)進程對機械設(shè)計行業(yè)提出了新的要求。機械設(shè)計中，材料的選擇是非常重要的。合理選用機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)定性和高的比強度等，而在機械工程中占有重要的地位。

非金屬材料又可分為無機非金屬材料和有機高分子材料。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)合工藝特點來進行分類：

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)有強度、塑性、硬度、韌性、疲勞等。

強度：強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)包膠滾輪強度指標(biāo)通常通過靜拉伸試驗測定。

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、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行選擇。在自動化行業(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。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)濟性。力爭使各項花費的總和達到最低值。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械零件能否保證其使用性能。材料的使用性能是指機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，是選材時必須同時考慮的另一個重要因素。

4.3選材的經(jīng)濟性原則

經(jīng)濟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，價格便宜。從選材的經(jīng)濟性原則考慮，應(yīng)盡可能選用貨源充足、價格低廉、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)濟性要從長遠觀點出發(fā)，不能僅看眼前利益。一些暫時看起來成本費用高的材料，由于其使用壽命長、維護保養(yǎng)費用少，從長遠觀點來看，經(jīng)濟效益還是好的。而綜合來看，其經(jīng)濟性仍然是合理的。還須注意，在選用高分子材料時，除考慮上述三項原則外，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

機械工程材料的選擇是一項十分重要又復(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，零件的強度、剛度、穩(wěn)定性計算等。

（2）對可供選擇的材料進行篩選，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)材料的性能要求進行篩選。

（3）對可供選擇的材料進行評價。

（4）最佳材料的決定。

（5）零件所選材料的實際驗證。

6、常用材料介紹

Q235-A：含碳量＜0.2% 的低碳鋼，表示屈服強度是 235MPa ，其塑性較好、有一定強度但不耐沖擊。一般用來做焊接結(jié)構(gòu)件，例如焊接機架的方通、焊接塊、機架大板、角鋼等。表面處理時結(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 , 其機械性能、切削性能優(yōu)良，焊接性能較差。一般用來做機架大板，結(jié)構(gòu)連接件，強度要求不高的軸等。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, 硬度高過后強度穩(wěn)定性達不到要求。

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 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 冶煉時成分偏析或熱處理不當(dāng)?shù)仍?，造成帶磁性，如要求無磁性需在工程圖中說明。SUS316 比 304 抗腐蝕性能力強、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、價格低廉，是目前應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼。具有高強度、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 進行改良的新型模具鋼， 回火后硬度可達 62HRC ，強度、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 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 價格比6061 高很多。均可進行本色陽極氧化、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、絕緣性有要求時可考慮鍍鐵氟龍。