机械设计中常用金属材料的性能与选择

金属材料是机械设计的基础载体，其力学性能、物理性能与加工性能的差异，决定了不同材料在设备中的应用分工。在机械零件设计中，常用的金属材料主要分为碳素钢、合金钢、铸铁及有色金属四大类，需根据零件功能需求精准匹配材料特性。

碳素钢凭借成本低、易加工的优势，成为普通结构件的首选材料。其中 Q235 钢抗拉强度适中，常用于机床床身、支架等承受静载荷的零件；45 钢属于中碳钢，经调质处理后可获得良好的强韧性，广泛应用于齿轮、轴类等传动零件。合金钢则通过添加铬、镍、钼等合金元素，显著提升材料的硬度、耐磨性与耐腐蚀性，例如 40Cr 钢经淬火回火后，硬度可达 HRC35-40，适合制作高精度传动轴；1Cr18Ni9Ti 不锈钢则因优异的耐锈蚀性能，常用于食品机械、医疗器械等有耐腐蚀要求的设备。

铸铁材料脆性较大，但减震性和耐磨性突出，灰铸铁 HT200 常用于制作机床底座，利用其良好的减震性降低设备运行噪音；球墨铸铁 QT450-10 则通过球化处理改善韧性，可替代部分钢材制作曲轴、连杆等承受冲击载荷的零件。有色金属中，铝合金 6061 密度仅为钢的 1/3，且具有良好的切削性能，适合制作轻量化要求高的航空航天零件；铜合金 H62 则因优异的导电性和耐磨性，常用于电机换向器、轴承衬套等零件。在材料选择时，需综合考量零件的载荷类型、工作环境、加工工艺及成本预算，实现性能与经济性的平衡。