材料及成型工艺的选择步骤如下：首先根据使用工况及使用要求进行材料选择，然后根据所选材料，同时结合材料的成本、材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件和技术条件等，选择合适的成型工艺。

1.选择材料及其成型工艺的步骤、方法

分析零件的服役条件，找出零件在使用过程中具体的负荷情况、应力状态、温度、腐蚀及磨损等情况。

大多数零件都在常温大气中使用，主要要求材料的力学性能。在其他条件下使用的零件，要求材料还必须有某些特殊的物理、化学性能。如高温条件下使用，要求零件材料有一定的高温强度和抗氧化性；化工设备则要求材料有高的抗腐蚀性能；某些仪表零件要求材料具有电磁性能等。严寒地区使用的焊接结构，应附加对低温韧性的要求；在潮湿地区使用时，应附加对耐大气腐蚀性的要求等。

(1) 通过分析或试验，结合同类材料失效分析的结果，确定允许材料使用的各项广义许用应力指标，如许用强度、许用应变、许用变形量及使用时间等。

(2) 找出主要和次要的广义许用应力指标，以重要指标作为选材的主要依据。

(3) 根据主要性能指标，选择符合要求的几种材料。

(4) 根据材料的成型工艺性、零件的复杂程度、零件的生产批量、现有生产条件、技术条件选择材料及其成型工艺。

(5) 综合考虑材料成本、成型工艺性、材料性能、使用的可靠性等，利用优化方法选出适用的材料。

(6) 必要时选材要经过试验投产，再进行验证或调整。

上述只是选材步骤的一般规律，其工作量和耗时都是相当大的。对于重要零件和新材料，在选材时，需要进行大量的基础性试验和批量试生产过程，以保证材料的使用安全性。对不太重要的、批量小的零件，通常参照相同工况下同类材料的使用经验来选择材料，确定材料的牌号和规格，安排成型工艺。若零件属于正常的损坏，则可选用原来的材料及成型工艺；若零件的损坏属于非正常的早期破坏，应找出引起失效的原因，并采取相应的措施。如果是材料或其生产工艺的问题，可以考虑选用新材料或新的成型工艺。

2.选材依据

（1）负荷情况

工程材料在使用过程中受到各种力的作用，有拉应力、压应力、剪应力、切应力，扭矩、冲击力等。材料在负荷下工作，其力学性能要求和失效形式是和负荷情况紧密相关的。

在工程实际中，任何机械和结构，必须保证它们在完成运动要求的同时，能安全可靠地工作。例如要保证机床主轴的正常工作，则主轴既不允许折断，也不允许受力后产生过度变形。又如千斤顶顶起重物时，其螺杆必须保持直线形式的平衡状态，而不允许突然弯曲。对工程构件来说，只有满足了强度、刚度和稳定性的要求，才能安全可靠地工作。实际上，在材料力学中对材料的这三方面要求都有具体的使用条件。在分析材料的受力情况，或根据受力情况进行材料选择时，除了考虑材料的力学性能外，还必须应用材料力学的有关知识进行科学的选材。

表1 几种常见零件的受力情况、失效形式及要求的力学性能：

（2）材料的使用温度

大多数材料都在常温下使用，当然也有在高温或低温下使用的材料。由于使用温度不同，要求材料的性能也有很大差异。

随着温度的降低，钢铁材料的韧性和塑性不断下降。当温度降低到一定程度时，其韧性、塑性显著下降，这一温度称为韧脆转折温度。在低于韧脆转折温度下使用时，材料容易发生低应力脆断，从而造成危害。因此，选择低温下使用的钢铁时，应选用韧脆转折温度低于使用工况的材料。各种低温用钢的合金化目的都在于降低碳含量，提高材料的低温韧性。

随着温度的升高，钢铁材料的性能会发生一系列变化，主要是强度、硬度降低，塑性、韧性先升高而后又降低，钢铁受高温氧化或高温腐蚀等。这都对材料的性能产生影响，甚至使材料失效。例如，一般碳钢和铸铁的使用温度不宜超过480℃，而合金钢的使用温度不宜超过1150℃。

（3）受腐蚀情况

在工业上，一般用腐蚀速度表示材料的耐蚀性。腐蚀速度用单位时间内单位面积上金属材料的损失量来表示；也可用单位时间内金属材料的腐蚀深度来表示。

工业上常用6类10级的耐蚀性评级标准，从I类完全耐蚀到VI类不耐蚀，见表2。

大多数工程材料都是在大气环境中工作的，大气腐蚀是一个普遍的问题。大气的湿度、温度、日照、雨水及腐蚀性气体含量对材料腐蚀影响很大。在常用合金中，碳钢在工业大气中的腐蚀速度为10^-605m/d，在需要时常涂敷油漆等保护层后使用。含有铜、磷、镍、铬等合金组分的低合金钢，其耐大气腐蚀性有较大提高，一般可不涂油漆直接使用。铝、铜、铅、锌等合金耐大气腐蚀很好。

（4）耐磨损情况

影响材料耐磨性的因素如下：

① 材料本身的性能：包括硬度、韧性、加工硬化的能力、导热性、化学稳定性、表面状态等。

② 摩擦条件：包括相磨物质的特性、摩擦时的压力、温度、速度、润滑剂的特性、腐蚀条件等。

一般来说，硬度高的材料不易为相磨的物体刺入或犁入，而且疲劳极限一般也较高，故耐磨性较高；如同时具备较高的韧性，即使被刺入或犁入，也不致被成块撕掉，可以提高耐磨性；因此，硬度是耐磨性的主要方面。另外，材料的硬度在使用过程中，也是可变的。易于加工硬化的金属在摩擦过程中变硬，而易于受热软化的金属会在摩擦中软化。

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