零件材料选择的原则

现代制造业选用的材料应尽可能同时满足对功能、寿命、工艺、成本及环保等方面的要求，为此必须遵循使用性能原则、工艺性原则和经济性原则。

（1）使用性能原则

使用性能是零件在使用中应该具有的性能，这是保证零件完成规定功能的必要条件。从选材角度，可认为使用性能体现为材料的力学性能、物理性能和化学性能。物理性能和化学性能是零件工作于特殊条件下对零件提出的特殊功能要求，如工作于大气、土壤、海水等介质中的零件要具备耐蚀性，传输电流的导线或零件要有良好的导电性。零件总要承受一定的负荷，尤其是机械零件，对力学性能的要求是主要的或者是唯一的。

在选材之前必须明确零件的外力和工作条件，即力学负荷、热负荷及环境介质作用的具体情况。

进行轻度计算和强度设计以前，要明了应力和应力状态，不仅要解决计算和设计问题，还要确定危险截面。外力与应力的大小通过力学计算或实验应力分析确定。

知道零件的工作条件以后，还要对零件在工作条件下可能的失效形式作出判断、估计和预测。通常相同或相近的已知零件失效的结论可以作为所设计零件可能失效形式的借鉴。

最后通过查阅有关手册，将对零件的力学性能要求转化为材料的力学性能指标，凡是满足要求的材料都列入预选材料。一般预选的材料不是唯一的，可能存在几种、十几种，综合分析预选材料的使用性能、工艺性能和经济性，确定出选用的材料。实际上，如对零件所受的外力和应力大小并不十分清楚，使选择的定量化受到限制，这时可参考相同的或相近的、经过实践证明是可行的零件和材料进行类比选材，多数模具零件、标准件、机床零件都是这样选材的。

成批、大量生产的零件或非常重要的零件，还要进行台架试验、模拟试验或试生产，以验证所选零件的功能和可靠性。

按力学性能选材的基本步骤如图4.1所示。(www.xing528.com)

图4.1　按力学性能选材的基本步骤

实验以后或投产以后如发现所选材料不能满足要求，这时候应重复上述过程，直到选出合适的材料。

（2）工艺性原则

工艺性是指材料经济地适合各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。材料本身工艺性能的好坏，将直接影响零件或产品的质量、生产率及成本。凡是生产一个合格的零件或产品，都要经过一系列的加工过程，如铸造、锻压、焊接、热处理、切削加工及其他成型工艺。每种工艺都对材料性能及零件形状有不同要求，每种材料都有最适应的几种工艺方法，这使材料的工艺性具有相对多样化及复杂性。如铸铁适合做复杂箱体件，切削工艺好，铸造工艺好，但焊接工艺及锻造工艺差；低碳钢、热塑性塑料几乎可用各种工艺方法成型，工艺费用低（特别是塑料），所以应用广泛。

大多数情况下，工艺原则只是一个辅助性原则，但是如果大批量生产使用性能要求不高或很容易满足其性能的产品，且工艺方法高度自动化等，此时工艺性能将成为选材的决定性因素，如上述复杂箱体选铸铁用铸造成型，以及用易切削钢生产普通标准紧固件（螺栓等）。

（3）经济性原则

零件或产品的经济性涉及原材料成本、加工成本及市场销售利润等方面。选材时应进行综合评价与比较，从中选择最合适的（不一定是最好的、单价最贵的或单价最低的）材料，以使总成本最低或市场效益最大，这就是经济性原则。而零件的总成本不只是材料价格本身，零件的功能要求、精度、可靠性、提供的毛坯形式、切削加工工艺、热处理工艺、零件质量、维修费用等诸多方面都会影响零件总成本。

从现在的观点看，选材（包括所选材料的加工以及达到寿命后的废弃情况）还应考虑材料的资源、节能、环保和可持续发展等情况。