fla机械零件的常用材料附录A机械零件的常用材料机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。金属材料包括黑色金属（钢、铸铁）和有色金属，前者应用最多。此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一个新方向。下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。A.1钢钢的品种多，性能好，是机械零件最常用的材料。A.1.1碳素钢碳素钢的性能主要取决于含碳量，即碳的质量百分含量。含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。碳素钢分为碳素结构钢（GB/T700—1988）和优质碳素结构钢（GB/T699—1988）。前者主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。这类钢只保证机械强度，不保证化学成分，故不能进行热处理。优质碳素结构钢含磷、硫等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的机械性能和化学成分，可以进行热处理，故常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。优质碳素结构钢的牌号用两位数字
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示，代表钢中碳的平均含量。如45钢，其平均含量碳为0.45%。对于含锰量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在含碳量数字之后加注符号“Mn”，如40Mn等。平均含碳量低于0.25%的钢称为低碳钢，其强度极限和屈服点低，而塑性好，适用于冲压、焊接加工；平均含碳量在0.25%～0.60%之间的钢称为中碳钢，中碳钢既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，综合力学性能较好，常用来制造螺栓、螺母、齿轮、键、轴等零件；平均含碳量高于0.60%的钢称为高碳钢，它具有很高的强度和弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。A.1.2合金钢为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而形成的钢称为合金钢。不同的合金元素，使钢获得不同的性能。如铬能提高硬度、高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。应当指出，合金钢的性能不仅与化学成分有关，在很大程度上还取决于适当的热处理。由于合金钢价格较贵，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的机械零件。合金钢分为普通低合金钢、合金结构钢、合金工具钢和特殊合金钢。机械零件常用合金结构钢。合金结构钢牌号的表示
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是用两位数字表示碳的含量，并在其后加注所含各主要合金元素的符号及其含量，而且
规定
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：合金元素平均含量低于1.5%时，不注含机械设计基础·270··270·量，当平均含量在1.5%～2.5%、2.5%～3.5%、3.5%～4.5%、…时，以相应数字2、3、4、…表示。例如40SiMn2，其成分的平均含量为碳0.40%，硅低于0.15%，锰在1.5%～2.5%之间。A.1.3铸钢铸钢主要用于制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性能要求较高的零件，如承受重载荷的大型齿轮、联轴器等。铸钢包括碳素铸钢和合金铸钢。铸钢的力学性能与锻钢基本接近，但其减振性和铸造性能均不及铸铁的。铸钢牌号的表示方法是在符号“ZG”后加注两组数字，如ZG310—570，表示屈服点为310MPa，抗拉强度为570MPa。A.2铸铁铸铁和钢都是铁碳合金，区别在于含碳量不同。含碳量高于2%的铁碳合金称为铸铁，反之称为钢。铸铁是脆性材料，其抗拉强度、塑性、韧性均较差，不能进行碾压和锻造，但其减振性和耐磨性较好，成本较低。另外铸铁具有良好的液态流动性，因此常用于铸造各种形状复杂的零件。常用的铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。A.2.1灰铸铁灰铸铁是应用最广的一种铸铁，碳以片状石墨存在于铁的基体中，因此其断口呈灰色。灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，切削性能好，但不宜承受冲击载荷，常用于制造受压状态下工作的零件，如机器底座、机架等。灰铸铁牌号的表示方法是在符号“HT”后加注一组表示抗拉强度的数字，如HT200，其抗拉强度为200MPa。A.2.2球墨铸铁球墨铸铁中的碳以球状石墨存在于铁的基体中，故其力学性能显著提高。除伸长率和韧性稍低外，其他力学性能基本与钢接近，同时兼有灰铸铁的优点，但是球墨铸铁的铸造工艺性能要求较高，品质不易控制。用球墨铸铁制造的曲轴、齿轮等，其成本低于锻钢件。球墨铸铁牌号的表示方法是在符号“QT”后加注两组数字，如QT400－15，表示抗拉强度为400MPa，伸长率为15%。A.3铜合金铜合金是机械零件中最常用的有色金属材料，分为黄铜和青铜两类。A.3.1黄铜黄铜（ZCuZn38等）是以锌为主要合金元素的铜合金。它具有一定的强度和较高的耐腐蚀性能，常用于制造管件、散热器、垫片以及化工、船用等零件。附录A机械零件的常用材料·271·A.3.2青铜青铜又分普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜等）。普通青铜（ZCuSn5Pb5Zn5等）的减摩性、耐磨性、导热性均良好，常用于制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等零件。铝青铜（ZCuAl10Fe3等）的耐磨性和耐腐蚀性较好，常用于制造蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等零件。铅青铜（ZCuPb30等）具有很高的导热性和抗疲劳强度，可用于制造高速、重载滑动轴承的轴瓦。铸造铜合金牌号的表示方法是在符号“ZCu”后面加注所含各主要合金元素的符号及其含量（%）。A.4非金属材料橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等均属非金属材料。橡胶除具有弹性，能缓冲、吸振外，还具有耐磨、绝缘等性能，广泛用于制造胶带、轮胎、密封垫圈和减振零件等。塑料具有耐磨、耐腐蚀、质量轻、易于成形等优点，因此近年来得到了广泛的应用。A.5复合材料复合材料是由两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的一种新型材料。例如，用金属、塑料、陶瓷等材料作为基材，用纤维强度很高的玻璃、石墨、硼等非金属材料作为纤维，可把纤维与基材复合成各种纤维增强复合材料，又称纤维增强塑料，可用来制造薄壁压力容器、汽车外壳等。又如在普通碳素钢板表面贴附塑料或不锈钢，可分别获得强度高而又耐腐蚀的塑料复合钢板或金属复合钢板。复合材料目前成本尚高，供应较少，但它是材料工业发展的方向之一，随着科学技术的进步将获得广泛应用。选择材料是设计机械零件的重要环节之一，也是一个复杂的技术经济问
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。一般应考虑零件的使用要求（如强度、刚度、冲击韧度、导热性、抗腐蚀性以及耐磨性、减振性等，通常以强度为主）、工艺要求（从毛坯到成品都便于制造）和经济性要求（材料及其加工成本均比较低，而且供货方便），并对各种要求进行综合
分析
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比较，选出适宜的材料。各种材料的力学性能及应用均可从《机械设计手册》中查取，本书也在有关章节中作了适当的介绍。·271·
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