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我有必要成为材料学的“砖家叫兽”吗?

更新时间:2021-08-23 20:28:20 编辑:管理员 浏览:30

紧固件可以由多种材料制成, 可以是黑色金属, 也可以是有色金属,甚至还可以使用非金属。因此根据特定的应用情况来选择正确的、适合的材料就显得至关重要。

实际上,对于每一个具备一定材料力学知识并且了解各种材料性能和极限指标的工程师来说,寻求正确的材料解决方案,似乎并不是一个很棘手的问题。例如:


  • 如果仅仅是考虑连接处的强度问题,那么优先选用钢材质;

  • 如果应用环境还具有腐蚀性,可以考虑在钢的表面进行镀层处理;

  • 如果是极端的腐蚀环境,可以选择不锈钢或有色金属合金;

  • 如果涉及到导磁性问题,那么就选择奥氏体不锈钢或者选择铝和铜;

  • 如果实际应用中导电性成为主要需求,那么就选择铝或铜;

  • 如果要考虑电阻绝缘的问题,那么可以尝试选择非金属材料;

  • 如果想要减轻重量,那么就考虑铝合金;

  • 如果既要减轻重量,又要达到较高的机械强度,毫无疑问选择钛合金;

  • 如果面对高温和低温的要求,可以选择不锈钢和高温合金。


当然,话又说回来了,设计工程师没必要成为材料学的专家。设计人员需要做的是评估应用情况并量化紧固件需要满足的参数指标。

最后,不得不提到成本问题,这也是为什么文章开头提到了“找到适合的”的材料解决方案。通常情况下,紧固件的制造成本中有30%至80%来源于原材料的成本。目前为止,最便宜的材料是低碳钢。随着碳成分的增加和合金元素的加入,材料的成本就会增加。

下面我们来做一个比较,假设以中碳钢的成本作为基数,那么300系列不锈钢的成本是中碳钢的2.5倍,以此类推,铜合金是5倍,铝合金是6倍,A-286是12倍,Monel是20倍,钛合金是75倍,而耐高温合金和耐低温合金将近100倍。

所以,在材料选用时,除去考虑必要的设计因素外,必须把原材料的成本也作为一个非常重要的选用因素。只选对的,不选贵的。