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常用的金属材料是钢和铸铁，其次是某些有色金属及其合金。钢和铸铁是铁、碳合金。含碳量小于2％者为钢；大于2％者为铸铁。黑色金属以外的金属统称为有色金属。 1．钢 钢具有良好的机械性能(即强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等)，还可以经过热处理进一步改善其机械性能和工艺性能(即铸造、锻造、焊接、切削及热处理等性能)。工业用钢品种繁多，常按其品质、用途、化学成分等特点进行分类。 钢的品质优劣是按残存于钢中的有害元素硫、磷的含量高低来鉴别的。 钢的机械性能与其含碳量高低有关。一般来说，钢中含碳量愈高，钢的硬度、强度上升；韧性、塑性下降，按钢中含碳量高低又分为低碳钢(含碳量＜o．25％＝、中碳钢(含碳量在0．25％~0.6％)、高碳钢(含碳量＞0．6％)。 以下仅介绍建筑机械的零部件常用的钢： (1)普通碳素钢，分为甲(A)、乙(B)、特(C)三类。 甲类钢按机械性能供应。按其含碳量高低分为7级，1级含碳量最低，逐级升高。钢的强度也相应增加而塑性降低。它用于制造不重要的机械零件和建筑、桥梁的结构件，其中Q215、Q235、Q275最为常用。 乙类钢是按化学成分供应，它也有7种钢号，用B1~B7表示，钢号愈大含碳量愈高。 特种钢既能按机械性能又能按化学成分供应。 (2)优质碳素钢。它有害杂质硫、磷含量较小，机械性能优于普通碳素钢。广泛用于制造较重要的机械零件，使用时需要进行热处理。“45号”优质碳素钢(平均含碳量为0．45％)常选作轴、键、活塞销等重要零件的材料。 按钢中含锰量不同，又可分为普通含锰量和较高含锰量两种优质碳素钢。 (3)普通低合金钢，即在普通碳素钢中加入少量合金元素(如A1、B，Cr、Mn等)，其合金元素的总量≤5％，以改善钢的综合性能，或使钢具有某种特殊性能。由于其强度比同等含碳量的普通碳素钢高得多．常可代替普通碳素钢作大型厂房、公共建筑、桥梁、船舶、车辆等大型钢结构以及大型建筑机械的构件、零件的材料。 (4)优质合金钢。合金元素总含量＞5％ ~ 10％者称中合金钢：合金元素总含量＞10％者称高合金钢。由于高含量合金元素的加入，使其更具有耐磨、不锈、耐酸、耐碱、耐油脂、耐热、耐腐蚀等特殊性能。经过热处理后，可用作制造弹簧、轴承、轴等重要零件。 (5)铸钢 它是将钢水浇注到铸模中，形成具有一定形状和尺寸的毛坯材料。主要用于制造一些形状复杂、体积较大，难以进行锻造和切削加工而又要求强度和韧性较高的零件。它的编号方法，采用相应的钢号前冠以ZG符号．如ZG45、ZG40Mn2等。 2．铸铁 与钢相比，铸铁的机械性能较差，性脆不能辗压或锻造。但铸造、切削性能好，可铸成形状复杂的零件。此外，其抗压强度较高，减振性、耐磨性好，成本低廉，因而在建筑机械制造中应用甚广。常用的铸铁有： (1)灰铸铁 断口呈灰色，应用极其广泛。 (2)球墨铸铁 以铸铁中的石墨球状化而得名。耐磨性、减振性也优于铸钢，且价廉。 3．有色金属及其合金 铝、镁、铜、锡、铅、锌等及其合金统称为有色金属。有色金属由于具有某些特殊性质，因而成为现代工业技术中不可缺少的材料之一。在机械制造中多采用有色金属的合金材料，常用的有铜合金、铝合金、铸造轴承合金等。 4. 高分子材料 高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐 腐蚀性，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型材料。 高分子材料种类很多，工程上根据机械性能和使用状况将其分为三大类： (1)塑料 主要是指强度、韧性和耐磨性较好的可制造某些机械零件或构件的工程塑料，它分热塑性塑料和热固性塑料两种。 (2)橡胶 通常指经硫化处理，弹性特别优良的聚合物，有通用橡胶和特种橡胶两种。 (3)合成纤维 指由单体聚合，强度很高的聚合物，通过机械处理所获得的纤维材料。 5. 复合材料 所谓复合材料，是由两种或更多种物理和化学性质不同的物质由人工制成的一种多相固体材料。实际上它存在于自然界中，有的已被广泛应用。例如，木材就是纤维素和木质素的复合物；钢筋混凝土则是钢筋与砂、石、水泥和水经人工复合的材料等等。 由于它能集中组成材料的优点，并能实行最佳结构设计，所以具有许多优越的持性： (1) 比强度和比刚度高 复合想料的这两项指标是各类材料中最高的。见表l—2。 (2)抗疲劳性能好 如复合材料的碳纤维增强树脂的疲劳强度为拉伸强度的70％一80％。 (3)减振能力强 构件的自振频率与结构有关，并且同材料弹性模量与密度之比(即比模量)的平方根成正比。复合材料的比模量大，所以它的自振频率很高，在一般加大速度和频率的情况下，不容易发生共振而快速脆断。 (4)高温性能好 增强纤维多有较高的弹性模量，因而常有较高的熔点和较高的高温强度。铝在400一500℃以后完全丧失强度，但用连续硼纤维或氧化硅纤维增强的铝复合材料，在这样温度下仍有较高的强度。用钨纤维增强钻、镍或它们的合金时，可把这些金属的使用温度提高到1000℃以上。此外，复合材料的热稳定性也很好。 (5)断裂安全性高 增强纤维每平方厘米截面上有成千上万根隔离的细纤维，当其受力时，将处于力学上的静不定状态，过载会使其中部分纤维断裂，但它能随即迅速进行应力的重新分配，而由未断纤维将载荷承担起来，不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，所以工作的安全性高。 复合材料除有上述特性外，其减摩性，耐蚀性以及工艺性均较好。但因它是各向异性材料，横向拉伸强度和层间剪切强度不高；同时伸长率较低，冲击韧性有时也不理想。 复合材料的种类很多，具有代表性的纤维增强材料有，玻璃纤维(玻璃钢)、碳纤维、硼纤维、金属纤维等多种复合材料。但目前因其成本高，使用受到限制。 1．4．2材料的选择原则 选择材料是机械设计过程中一个重要环节。同一零件如采用不同材料制造，则零件尺寸、结构、加工方法、工艺要求等都会有所不同。因此，选择材料应该考虑三个主要问题。 (1)使用要求 满足零件的使用要求是选材的基本原则。使用要求一般包括零件的工作环境和受载情况、对零件尺J—和重量的限制、零件的重要程度等。 (2)工艺要求 树料对工艺的要求包括毛坯制造、机械加工、热处理等。大型零件且大批量生产时，宣应用铸造毛坯；大型零件只小批量生产时，可用焊接毛坯。在自动车床上进行大批量加工的零件，应考虑材料的切削性能。热处理是提高钢材性能的有效措施，对于需要进行热处理的零件，在选择材料时，还必须考虑热处理的工艺性。 (3)经济要求 经济性首先表现为材料的相对价格。当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选用价格高的材料。材料选择还应考虑国家资源和供应情况，所选材料应尽量少而集中，以便采购和生产管理。 1．4．3 选择材料的基本方法 (1) 以综合机械性能为主选材 一般轴类零件、连杆、低速齿轮等要求有较好的综合机械性能．因此可选用中碳钢如45钢或中碳合金钢如《》Cr、40M6等。 (2) 以疲劳强度为主选材 在各种变载荷和冲击载荷作用下的零件如曲轴、弹簧、应选用疲劳强度较高的材料。 (3) 以磨损为主选材 有些零件工作时常因表面磨损而失效，选材时应注意材料的耐磨性，如受力不大而磨损大的零件可选用高碳钢、锰钢等耐磨材料。
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