PDF《浅谈产品研制开发中金属材料 选取确定应遵循的原则》

2010年4月 国防技术基础 第4期 浅谈产品研制开发中金属材料 选取确定应遵循的原则 周海燕 吴玉芳 (中国兵器工业集团公司第617厂) 摘要:作为产品研制开发过程中非常重要的关键环节――金属材料的科学合理选取确定,是 确保产品零件具备最佳安全可靠性,最高工作寿命,良好经济性和批生产稳定性的重要基础之一.

本文探讨了产品研制开发中金属材料的选取确定应遵循的原则,以求共识. 关键词:产品研制金属材料选取确定 原材料在整个生产制造活动中占有极其重要 的地位.材料费用一般约占零件成本的70%, 因此,金属材料选用作为产品研制开发过程中非 常重要的关键环节,如何才能做到科学合理选 材,确保产品零件具备最佳安全可靠性,最高工 作寿命,良好经济性和批生产稳定性,从而确保 产品的安全、可靠、舒适,以最高的性价比参与 市场竞争. 产品研发要以军事需求为牵引,轮履并重, 内外贸有机结合,使主战装备向系列化发展.在 民品研发中,以重型车辆为主业,在20世纪80 年代末从德国奔驰公司引进技术开始生产制造北 方奔驰重型载重汽车,至今在经历了消化吸收、 逐年国产化的基础上,正在加大自主开发创新力 度,在原有14种引进许可证车型的基础上,陆 续开发出近400余种北方奔驰底盘和产品.铁路 车辆紧跟第六次大面积提速和客货分线对货车的 要求,加快不锈钢新型铁路车辆及核心零部件研 发,占据行业竞争制高点.专用汽车重点围绕自 卸车、挂车、罐式车、厢式车、特种车五大类开 展深度研发,形成市场覆盖面较宽、具有自主知 识产权和明显专业化特征的特色产品,为公司拓 宽产品系列,打开销路,创造了有力条件. 特别是近年来,随着我国经济的迅猛发展, 随着工艺技术的不断进步,随着重车市场的不断 扩张,我厂产销量也在逐年翻番.因此作为体现 产品设计、制造技术先进性的新材料、新工艺, 对材料的要求也越来越高,那么从各种各样的材 料中选取确定或研制新的适用的材料,同样也会 受多方面因素制约.通过十几年来不断的总结经 验,认为:产品研制开发中材料的选取确定应遵 循的基本原则是: 保证质量,合理选材,节约 用材,有力管理 .即:设计选材首先应从认真 分析产品零件的受力情况、工作条件、结构形式 等人手,充分了解分析零件对于产品的安全重要 特性以及在产品或零部件三包期间有效寿命周期 内可能发生的失效形式,确定具体的设计计算方 法,优选出能够满足产品性能要求和抗失效应保 证的主要性能参数,必要时进行CAE可靠性分 析,充分的进行系统分析掌握零件对于材料的性 能要求、成分要求、工艺和热处理要求等,以及 原材料的金相组织、缺陷和供货状态要求、资源 和价格状况等等.产品金属材料选取确定应遵循 的基本原则: 1.必须满足产品零件的性能要求 首先用常规强度理论计算进行力学性能计 算.其中,力学性能主要包括:抗拉强度、屈服 强度、延伸率、断面收缩率、冲击功、硬度等. 这些性能除受材料的冶炼方式、化学成分影响 外,同时也与零件截面尺寸、形状和热处理条件 相关.其中,金属材料的力学性能均可在相应材 料标准或相关手册中查到.这些数据的获得均是

59 万方数据 浅谈产品研制开发中金属材料选取确定应遵循的原则 通过大量的试验、生产实践、系统论证分析、并 在长期统计积累的基础上,上升为各级标准的. 所以,设计人员进行产品零件的强度计算时,可 根据零件载荷大小、分布方式和工作条件等,直 接从相应的材料标准中进行选取,然后经过验 算,完成零件图设计、材料牌号和标准的选定. 通过改变结构,可以提高零件的强度,降低 零件本身的自重,实现节约钢材,但强度和韧性 又是相对的,又不宜过分强调强度,因为强度过 高,在一定程度上会降低钢的韧性,而零件的结 构对刚度均有一定要求,断面不允许随钢的强度 升高而过度减少,使过高强度的钢不能充分发挥 作用.也就是:脆性材料的选用原则是只适用于 静载荷.当在有冲击条件下,应选用塑性材料. 另外,零件设计时,应通过合理的热处理技术要 求,充分发挥利用金属材料的热处理性能和潜 力. 2.应充分考虑零件的工作环境、条件和结 构 当工作中可能或经常发生磨损时,要选择适 合进行表面处理、热处理的钢种或高碳钢.进一 步提高零件的表面硬度或机体硬度,以增强或满 足其耐磨性要求.当工作环境比较湿热时,应选 择具有良好防锈和抗蚀能力的材料.如:不锈 钢、耐候钢或有色金属等.当工作温度或环境温 度变化较大或工作极限温度较高、较低时,应选 择线膨胀系数和高温力学性能相对变化较小,低 温冷脆性和冲击性能适合的材料.从而避免相互 配合零件,由于线膨胀系数不同,有时发生过大 热应力或配合松动的现象或发生高温变形或低温 脆裂、低温冲击断裂等现象.超高强度钢选择 时,要根据零件结构特点,慎重选择强度与韧性 相对适度的钢.也就是说:选择高强度钢的同时 必须顾及其适度的韧性.否则,尤其对一些薄壁 零件,有时盲目追求强度高而忽视韧性下降,最 终必将导致由于韧性储备不足,零件经常发生脆 性断裂的现象. 除上述特殊情况外,一般零件应优先选择碳 素钢或低合金结构钢.其中低合金结构钢是在碳 素钢的基础上增加一些合金元素,因此,'