1、第14章 常用機(jī)械用材情況與機(jī)械工業(yè)節(jié)材,14.1 常用機(jī)械用材情況與趨向,14.2 機(jī)械工程中的節(jié)材（material saving ）,14.1 常用機(jī)械用材情況與趨向 1 4.1.1 目前幾種常用機(jī)械的用材情況 (1)機(jī)床用材特點(diǎn) 工作條件： 工作環(huán)境好、受力較小且平穩(wěn)；精度要求高和保持精度的壽命要求較高。 選材要求： 保證剛度，保證摩擦副零件的耐磨性，承受一定的工作負(fù)荷。,用材情況與特點(diǎn)： 鑄鐵（占70%）： 床身、工作臺(tái)、底座、立柱 、橫梁等。 碳鋼（占20%）和合金鋼： 齒輪、軸類等重要零件。 有色金屬與工程塑料（占10%）： 某些齒輪、蝸輪、墊片、油管、皮帶輪、罩殼等。 熱處理特

2、點(diǎn)： 廣泛預(yù)先熱處理；主軸等調(diào)質(zhì)處理；廣泛用表面熱處理（齒輪、軸頸、導(dǎo)軌等）如高頻淬火、碳氮共滲，以提高耐磨性與疲勞強(qiáng)度。,(2)汽車用材特點(diǎn) 工作條件： 環(huán)境很差，受力較大，應(yīng)力復(fù)雜，常有較大沖擊和過(guò)載。 選材要求： 重量輕、速度高、壽命長(zhǎng)、安全可靠，大批量生產(chǎn)要求工藝性能好。故要求材料強(qiáng)度高、工藝性 能、質(zhì)量穩(wěn)定、資源豐富。,用材情況與特點(diǎn)： 鋼材約70%、鑄鐵約15%，其余為有色金屬和非金屬材料。 低 合 金 高 強(qiáng) 鋼：車身(保證強(qiáng)度、剛度及輕) 碳素(合金)結(jié)構(gòu)鋼：傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)的重 要零件 球 墨 鑄 鐵：曲軸、連桿、凸輪軸等 其 它 鑄 鐵：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速器殼

3、體等 代用材料(輕量化)：鋁、鎂合金(發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、車體行架 等)，塑料(球座、萬(wàn)向節(jié)軸套等) 熱處理特點(diǎn)： 廣泛進(jìn)行調(diào)質(zhì)或調(diào)質(zhì)后表面強(qiáng)化(表面淬火或滲碳、 碳氮共滲及噴丸處理)等，以提高強(qiáng)韌性、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。,表 14-1上,表 14-2上,表 14-1下,表 14-2下,(3)工程機(jī)械、礦山機(jī)械用材特點(diǎn)（礦山、電站、港口、 道路、農(nóng)田水利、建筑等行業(yè)）。 工作條件： 多以泥沙、礦石為作業(yè)對(duì)象，工況惡劣多變（露 天、部分為嚴(yán)寒地區(qū)），承受較大沖擊、過(guò)載。 選材要求： 著重考慮耐磨性、疲勞強(qiáng)度、低溫韌性，部分機(jī)體要求小型化、輕量化， 并便于更換零件。,用材情況與特點(diǎn)： 以強(qiáng)度高、韌性好、質(zhì)量

4、穩(wěn)定的（合金）鋼材為主。 例：日本中型推土機(jī)：（鑄、軋）鋼66%、鑄鋼20%、 鑄鐵12%、有色金屬1.5%及非金屬材料僅0.5%。 合金結(jié)構(gòu)鋼、特殊鋼（耐磨鋼等）： 工作裝置、行走機(jī)構(gòu)的耐磨零件（挖掘機(jī)斗齒、球 磨機(jī)襯板、拖拉機(jī)履帶板等），動(dòng)力裝置（碳鋼、低合 金鋼）。 鑄鋼： 機(jī)架、箱座類零件（形狀簡(jiǎn)單者采用低合金高強(qiáng)鋼 焊接結(jié)構(gòu)）。,熱處理特點(diǎn)： 大部分零件均要熱處理；并廣泛采用表面強(qiáng)化處理。 小結(jié)： 與上述幾個(gè)行業(yè)類似，曾對(duì)中國(guó)不同機(jī)械行業(yè)114個(gè)工廠材料消耗統(tǒng)計(jì)（1984年），鋼鐵占93.13%，有色金屬占1.85%，工程塑料等非金屬材料占5.02%。,14.1.2 現(xiàn)階段機(jī)械工程用

5、材的趨向 現(xiàn)狀： 機(jī)械制造大量使用結(jié)構(gòu)材料，各類材料均可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)零件。但使用性能和可應(yīng)用范圍并不相同，機(jī)械工程仍以金屬材料尤其鋼鐵為主。 實(shí)例： 全鋁汽車為何未能實(shí)用化？ （1）鋁合金硬度低，制造、使用中易破損； （2）鋁合金加工硬化能力低、深沖性能低； （3）不易焊接； （4）成本較高。 性能/價(jià)格比： 民用產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)性為首位。傳統(tǒng)材料的價(jià)格/比強(qiáng)度這一指標(biāo)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。除了水泥、木材外，鋼鐵很便宜，所以鋼鐵是一種難以完全替代的傳統(tǒng)材料。,表 14-3,觀點(diǎn)：,綜合多方面考慮（資源、能源、經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)環(huán)境等），一方面許多材料存在相互替代的可能，而且不同類型材料的性能還存在互補(bǔ)性，如鋁合

6、金是汽車活塞的傳統(tǒng)材料，為使汽車輕量化（以節(jié)材、節(jié)能，減少污染)，除已廣泛應(yīng)用低合金高強(qiáng)鋼外，正大力逐步多應(yīng)用鋁合金、鎂合金及復(fù)合材料；另一方面，要將材料的大量替代推進(jìn)到實(shí)用化階段，除考慮使用性能外，還要考慮可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。 因此，未來(lái)幾十年內(nèi)，金屬材料尤其鋼鐵仍然是機(jī)械工程材料的主角。這是因?yàn)榕c其它工程材料相比，在力學(xué)性能、工藝性能和生產(chǎn)成本三者之間，金屬材料保持了最佳的平衡。,14.2 機(jī)械工程中的節(jié)材（material saving ） 14.2.1 節(jié)材、節(jié)能與環(huán)境保護(hù) 目前，資源、能源及環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題日益突出，節(jié)材與節(jié)能的結(jié)果必然減少了對(duì)環(huán)境的污染，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)

7、境。 節(jié)材的本身就是節(jié)能；不同材料的生產(chǎn)耗能很不相同，我國(guó)材料生產(chǎn)能耗高發(fā)達(dá)國(guó)家一倍；材料和產(chǎn)品的輕量化可以大大節(jié)省能源。因此這幾方面有大量工作可做，大有潛力可挖。如在可能的限度內(nèi)，以塑料替代金屬，以輕金屬、復(fù)合材料代替鋼鐵，可以取得節(jié)能、節(jié)材以及環(huán)保三重效果。,14.2.2 機(jī)械工業(yè)材料消耗現(xiàn)狀與節(jié)材途徑分析 (1)我國(guó)機(jī)械工業(yè)材料消耗現(xiàn)狀 機(jī)械行業(yè)每年消耗鋼材1000萬(wàn)T以上，占全國(guó)的15% 20%，原材料費(fèi)用占產(chǎn)品成本的60%以上。 鋼材利用率僅為60%，與發(fā)達(dá)國(guó)家有1015個(gè)百分點(diǎn)的差距(每提高一個(gè)百分點(diǎn)就意味著節(jié)約10萬(wàn)T鋼材)。 鑄、鍛件綜合廢品率偏高(鑄件12%14%，鑄鋼件10%20%，而國(guó)外5%)。 重要基礎(chǔ)件的使用壽命低（模具壽命僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3）。,(2)機(jī)械工業(yè)節(jié)材重點(diǎn) 重點(diǎn)節(jié)約鋼材等金屬材料。具體三方面： 降低產(chǎn)品的材料消耗； 減少制造過(guò)程的材料消耗； 提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)產(chǎn)品規(guī)定的服役期限。 (3)機(jī)械行業(yè)近期節(jié)材目標(biāo) 全行業(yè)平均鋼材利用率達(dá) 70% ，鑄件綜合廢品率下降到 8% 以下，關(guān)鍵基礎(chǔ)件的平均使用壽命延長(zhǎng) 25% 以上。,(4)行之有效的節(jié)材途徑 采用先進(jìn)制造技術(shù)，提高材料利用率（如近凈形鑄造技術(shù)；精密塑性成形技術(shù)）；科學(xué)下料技術(shù)；先進(jìn)焊接技術(shù)；可控氣氛熱處理與