材料选择的要点与结果

轻量化设计的结果取决于是否能满足功能、达成目标、遵守给定的约束条件以及充分利用所有的潜能。以上所述为材料选择的主要标准。从这个意义上可以清楚地看到，要实现轻量化，需要选择合适的材料性能：

1）低密度ρ。

2）好的强度性能，即在足够的应变A下的：

①高的屈服强度R_eH。

②高的断裂强度R_m。

3）高的弹性模量E。

4）好的“失效-安全-质量”指标，即：

①高的疲劳强度σ_A。

②高的断裂韧性值K_Ic与K_c。

5）力学性能范围最广的热稳定性（零上和零下温度）。(www.xing528.com)

6）低的热膨胀因数α。

7）采用冷成形法与热成形法容易成形。

8）好的焊接性能。

9）针对应用（如使用温度区域）可接受的价格（每kg价格）。

在自然界中，无法找到能集成以上所有这些性能的材料。因此，材料的选择经常需要做出妥协。现代构造设计中越来越倾向于采用合成材料（即材料复合）来实现特定的功能。为了提高强度值与弹性模量[KLE 85]，通过有目的地植入固体材料（纤维、球等），可以提高几乎所有材料的性能极值（强度与弹性模量）。图5-7所示为使用温度与纤维分量的强度及弹性模量之间的关系。

图5-7 使用温度与纤维分量的强度及弹性模量之间的关系（按照VDI 2014）

[1]不同材料的弹性模量 E_C15=204GPa，E_41Cr4=203GPa，E_AlMgSi=69GPa E_C35=202GPa，E_X12CrNi188=191GPa，E_G-AlSi=75GPa E_C60=200GPa，E_AlCuMg=70GPa，E_MgAl7=43GPa