Escolher o material a ser usado dentre uma variedade de materiais é uma tarefa limitada por vários fatores. Portanto, como selecionar o material das peças é uma parte importante do design das peças.
O princípio de seleção de materiais para peças mecânicas é que o material necessário atenda aos requisitos de uso das peças e tenha boa processabilidade e economia.
I. Requisitos de uso
Os requisitos de uso de peças mecânicas estão refletidos nos seguintes pontos:
1) As condições de trabalho e de carga das peças, e os requisitos apresentados para evitar formas de falha correspondentes.
As condições de trabalho referem-se às características ambientais das peças, à temperatura de trabalho e ao grau de atrito e desgaste. Para peças que trabalham em ambiente úmido e quente ou meio corrosivo, o material deve ter boa resistência à ferrugem e corrosão.
Neste caso, o aço inoxidável e as ligas de cobre podem ser considerados em primeiro lugar.
O impacto da temperatura de trabalho na seleção do material tem principalmente dois aspectos: por um lado, os coeficientes de expansão linear das duas partes que cooperam entre si não devem diferir muito, de modo a evitar tensões térmicas excessivas ou afrouxar a cooperação quando a temperatura muda; por outro lado, também deve ser considerada a alteração das propriedades mecânicas do material com a temperatura.
Para peças que trabalham sob fricção deslizante, a dureza superficial deve ser melhorada para aumentar a resistência ao desgaste. Devem ser selecionados materiais adequados para tratamento de superfície, como aço temperado, aço carburizado e aço nitretado, ou devem ser usados materiais com boa redução de atrito e resistência ao desgaste.
A condição de carga refere-se ao tamanho e natureza da carga e tensão nas peças.
Em princípio, os materiais frágeis são adequados apenas para a fabricação de peças que trabalham sob carga estática; sob impacto, devem ser utilizados principalmente materiais plásticos; para peças com grande tensão de contato na superfície, devem ser selecionados materiais que possam ser tratados superficialmente, como aço endurecido superficialmente; para peças sob força de deformação, devem ser selecionados materiais resistentes à fadiga; para peças sob carga de impacto, devem ser selecionados materiais com alta resistência ao impacto; para peças cujo tamanho depende da resistência e cujo tamanho e peso são limitados, devem ser selecionados materiais com maior resistência; para peças cujo tamanho depende da rigidez, devem ser selecionados materiais com maior módulo de elasticidade.
O desempenho dos materiais metálicos geralmente pode ser melhorado e aprimorado por meio de tratamento térmico. Portanto, o potencial dos materiais deve ser totalmente aproveitado por meio do tratamento térmico.
Para o aço temperado mais comumente utilizado, podem ser obtidas peças brutas com diferentes propriedades mecânicas devido às diferentes temperaturas de revenido. Quanto maior a temperatura de revenido, menor será a dureza e rigidez do material e melhor será a plasticidade.
Portanto, ao selecionar a variedade de materiais, as especificações do tratamento térmico devem ser especificadas ao mesmo tempo e indicadas no desenho.
2) Restrições de tamanho e peso das peças.
O tamanho e o peso das peças estão relacionados ao tipo de material e ao método de fabricação da peça bruta. Ao produzir peças fundidas, geralmente não há restrição quanto ao tamanho e peso; ao produzir peças brutas de forjamento, deve-se prestar atenção à capacidade de produção de máquinas e equipamentos de forjamento.
Além disso, o tamanho e o peso das peças também estão relacionados à relação resistência-peso do material. Materiais com grande relação resistência-peso devem ser selecionados tanto quanto possível para reduzir o tamanho e o peso das peças.
3) A importância das peças em toda a máquina e componentes.
4) Outros requisitos especiais (como a necessidade de isolamento, antimagnético, etc.).
II. Requisitos de Processo
Para facilitar a fabricação das peças, a complexidade da estrutura da peça, o tamanho e o tipo de peça bruta devem ser considerados na seleção dos materiais.
Para peças com formatos complexos e tamanhos grandes, se forem considerados blanks de fundição, devem ser selecionados materiais com bom desempenho de fundição; se forem considerados blanks para soldagem, deve-se selecionar aço com baixo teor de carbono e bom desempenho de soldagem.
Para peças com formatos simples, tamanhos pequenos e grandes quantidades, são adequadas para estampagem e forjamento, devendo ser selecionados materiais com boa plasticidade. Para peças que necessitam de tratamento térmico, o material deve ter bom desempenho de tratamento térmico.
Além disso, a facilidade de usinagem do próprio material e a facilidade de usinagem após o tratamento térmico também devem ser consideradas.
III. Requisitos Econômicos
1) O preço relativo do próprio material
Sob a premissa de atender aos requisitos de utilização, devem ser selecionados, tanto quanto possível, materiais com preço mais baixo. Isto é particularmente importante para peças fabricadas em grandes quantidades.
2) O custo de processamento do material
Quando a qualidade das peças não é grande, mas o volume de processamento é grande, o custo de processamento ocupará uma grande proporção do custo total das peças.
Embora o ferro fundido seja mais barato que a chapa de aço, para alguns lotes únicos ou pequenos de produção de peças tipo caixa, o custo do uso do ferro fundido é maior do que o da soldagem da chapa de aço, porque esta última pode economizar o custo de fabricação do molde.
3) Economize material
Para economizar materiais, o tratamento térmico ou o reforço da superfície (shot peening, laminação, etc.) podem ser usados para utilizar e explorar plenamente as propriedades mecânicas potenciais dos materiais; métodos de revestimento de superfície (cromagem, revestimento de cobre, escurecimento, azulamento, etc.) também podem ser usados para reduzir a corrosão e o desgaste, prolongando assim a vida útil das peças.
4) Utilização de materiais
A fim de melhorar a utilização de materiais, pode-se usar processamento sem corte ou menos corte, como forjamento, fundição de precisão, estampagem, etc. em processamento.
5) Economize materiais preciosos
Ao usar uma estrutura combinada, materiais mais caros podem ser economizados. Por exemplo, o anel de engrenagem helicoidal da estrutura combinada usa bronze de estanho, que tem melhor redução de atrito, mas é mais caro, enquanto o núcleo da roda usa ferro fundido mais barato.
6) Economize materiais raros
Nesse sentido, o aço-liga da série manganês-boro, que é abundante em recursos em nosso país, pode ser usado para substituir o aço-liga da série cromo-níquel, que tem menos recursos, e o bronze de alumínio pode ser usado para substituir o bronze de estanho, etc. .
7) O fornecimento de materiais
Ao selecionar materiais, devem ser selecionados materiais que estejam disponíveis localmente e sejam fáceis de fornecer para reduzir os custos de aquisição, transporte e armazenamento; do ponto de vista da simplificação do fornecimento e armazenamento de variedades de materiais, para peças de produção de pequenos lotes, a variedade e as especificações dos materiais utilizados na mesma máquina devem ser minimizadas tanto quanto possível para simplificar o fornecimento e a gestão, e é mais fácil compreender o método de operação mais razoável no processo de processamento e tratamento térmico, melhorando assim a qualidade de fabricação, reduzindo resíduos e melhorando a produtividade do trabalho.
