钢材选择的重要性和考虑方案

机械零件所用材料是根据零件的实际形状尺寸、工作时的受力状态、受力（载荷）的性质及大小、工艺要求、工作环境等多方面综合考虑后决定的，因此，难以用“在什么条件下选用哪一种钢号”，这样简单明了的方法定出选材准则。现提出几项选材的依据：

1）从零件的实际形状、尺寸和工作状态出发考虑选材。零件的形状、尺寸和工作状态，是选材的首要依据。零件的形状决定零件材料的体积尺寸分布，一些零件的形状外形尺寸虽然很大，但由于零件的形状复杂、中空或周围缺口很多，受力方向的截面尺寸很小，受力部分的单位面积载荷很大（应力很大），即零件虽然尺寸大，但受力方向出现薄弱环节，此时应计算其薄弱环节处的工作应力，按拉伸或屈服强度选择材料。

盘类零件和轴、杆类零件在选材考虑上也有明显不同。盘类零件不论是受拉、压、弯曲、扭转等何种载荷，其受力方向上的截面尺寸都很大。因此，盘类零件一般都不必以工作应力大小选材，只要采用价格较低的普通结构钢即可。但轴类零件大多承受弯曲载荷，弯曲变形量是零件设计的主要依据，此时必须按刚度而不是按强度（抗拉、抗弯、屈服强度）进行设计。材料的强度大小虽然也影响变形量，但与轴的轴向截面形状及轴两端支承距离对轴弯曲变形的影响相比，材料的强度对变形量的影响很小。此时，一般只要选用优质碳素结构钢即可，不必在材料选择上用太多注意力，而应重点考虑轴在轴向上的台阶直径配置（有可能时选用中空轴），即考虑轴在轴向上各部分直径的大小、轴两端的支承距离、轴上各受力部分的配置，总之设法使轴受力变形尽量减小，轴的自重尽量减小。杆类零件大多受拉、压载荷，为了减小杆的重量以便减小惯性矩和弯曲变形，同时增大抗弯强度，应重点考虑杆的截面形状的弯曲截面系数，减少重量，比如采用在杆长方向加肋板，采用T形或U形截面等，而材料的强度指标不是选材的重点。

2）从工作载荷大小、载荷性质及零件的重要性考虑选材。如果零件受到的载荷很大，属于设备上有可能因过载而被破坏的危险零件，则选择该零件的材料时，重点应从强度方面考虑，即计算其材料的工作应力（拉伸、屈服、疲劳应力），验算所设计零件的截面尺寸是否足够。如果是重要零件，还应考虑其疲劳寿命，即工作年限，以疲劳寿命应力选材，并在机械加工、热处理方面给予重视，不使其产生加工、热处理缺陷，以确保重要零件运行的安全性。

3）材料的选择要考虑加工工艺性和满足设计要求的化学、物理性能。为了达到设计要求的材料的力学性能及硬度等，钢材常需进行热处理。钢材的品种（牌号）对热处理有各自不同的适用性，有的钢材适合调质，有的适合淬硬，有的适合表面淬火，有的适合渗碳、渗氮。设计时对钢材品种（牌号）的选择，必须与热处理工艺相适应。

有的零件需在加工过程中或加工之后进行焊接，这需要选用焊接性能稍好的材料，才能保证焊接质量。有的零件加工前需进行锻造，则所选材料应是适合于锻造、塑性变形较好的材料。(www.xing528.com)

根据零件要求的尺寸精度和表面粗糙度，需考虑材料的切削加工性能及相应的加工方法能否达到。例如，有的材料的切削加工性很差，使用一般的加工方法难以达到要求的表面粗糙度，而采用一些特殊加工方法其成本又将很高，这时应考虑选择切削加工性好的材料。

有的零件需防腐蚀、抗氧化，有的零件为减小热变形需采用热导率、线胀系数小的材料，因此材料的化学性能、物理性能也是选材的依据。

4）材料的强度、塑性、韧性应合理搭配。材料的塑性、韧性有余而强度不足，会使零件的寿命大幅降低，适当降低对材料韧性的要求而提高材料强度，将使零件寿命大幅提高。但过分提高强度而忽略塑性、韧性，将使零件很容易在冲击载荷或循环变化的载荷作用下产生裂纹，以至断裂破坏。

在高周循环载荷作用下，按疲劳强度设计的零件，若采用抗拉强度σ_b＜1400MPa范围的中、低强度材料，因其韧性较高，在此抗拉强度范围内选用较高的抗拉强度值，疲劳寿命也相应提高。而抗拉强度σ_b＞1400MPa的材料的强度值越高，虽然可以提高零件允许的工作应力，减小尺寸和重量，但由于对零件的缺口、孔洞、表面加工质量、热加工缺陷等非常敏感，即疲劳强度受这些因素的影响很大，则强度值越大，疲劳寿命反而会降低。