对任何零件都是用不同的工程材料经过各种加工工艺制造出来的，因此材料的工艺性即加工零件的难易程度，自然是设计、加工所必须考虑的问题。

1.各类工程材料的工艺性能

对材料工艺性能的要求与生产零件的加工工艺路线有密切的关系，工艺性能的具体要求就是从工艺路线中提出来的，下面简介各类材料的一般工艺路线及有关的工艺性能。

(1)金属材料的工艺性能 精密加工金属制件的工艺路线如图1-3所示，由图1-3看出，金属材料加工成零件的主要加工工艺有五类，即铸造、塑性成形加工、焊接、切削加工和热处理。前三类是毛坯成形工艺，切削加工是***终成形工艺，热处理则安排在各工序之间，以改善切削加工性能和使零件达到所要求的力学性能等，有的热处理工艺安排在***后工序以达到加工零件***后的性能和精度要求。零件所用的材料不同，其加工工艺路线也不同，对材料工艺性能的要求也不同。

1)铸造性能 铸造性能包括熔化温度、流动性、缩孔性质、偏析等。由于共晶成分的合金熔化温度低、流动性较***、形成集中缩孔、偏析倾向小因而铸造性能******。铸造合金大多为共晶成分的合金或接近共晶成分的合金。

由于铸态组织较粗大及存在各种铸造缺陷(如疏松、气孔、偏析、夹杂等)，一般来说，铸件的力学性能低于材料成分相同的锻件。因而铸造工艺适用于制造形状复杂、壁薄而性能要求不高的零件(如箱体、支架等)。常用的几种金属材料的铸造性能如表1-4所示，可以看出，灰铸铁、铝合金的铸造性能******，应用***广。采用金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造和压铸等铸造方法，可铸造出精密的铸件。

2)塑性成形 加工性能塑性成形加工分为热塑性成形加工(如锻造、压轧、热挤压等)和冷塑性成形加工(如冷冲压、冷挤压等)两类。

热塑性成形加工是指材料加热到某一定温度(高于再结晶温度)时进行的塑性成形加工，其塑性成形加工性是指变形抗力、变形能力、加热温度等。低、中碳钢具有较***的热塑性成形加工性能，高碳钢和合金钢尤其是高碳高合金钢热塑性成形加工性能较差。钢合金热塑性成形性能一般。铝合金由于锻造温度范围窄热塑性成形加工性能并不***。热塑性成形加工可使材料致密、成分均匀、金相组织细化，成形后可提高材料的性能。在热塑性成形加工的钢制件中，杂质按一定的方向分布，形成所调纤维组织。纤维组织分布的方向对力学性能有较大的影响。试验证明，当旋转式弯曲疲劳试样的轴线与纤维组织方向垂直时，钢的疲劳极限比纤维组织成轴向的试样下降30%。说明合理的锻造工艺可使纤维组织与应力方向一致，因而可提高零件的性能。所以像曲轴、连杆、齿轮等在交变载荷下工作的零件不用棒料直接切削加工，而是先将棒料锻造成毛坯，使纤维方向与主应力方向相一致。

冷塑性成形加工一般是在常温下进行，其加工成形性是指变形能力、变形抗力、硬化指数钢的焊接性能与钢的成分密切相关，等。低碳钢、铜合金和铝合金等，其硬度低、变形抗力小、变形能力大，冷塑性成形加工性能***。冷塑性成形后材料的硬度、强度提高，而塑性、冲击韧度下降，这是由于形变引起强化的结果，故冷塑性成形加工也是提高这类材料力学性能的重要手段。

3)焊接性能焊接性能是指焊接时形成冷裂、热裂以及形成气孔的倾向，焊接性能也和接区的性能***坏有关。

铝合金由于线膨胀系数大，易吸氢等原因，焊接后易形成气孔、收缩大易形成裂纹，故它们的焊接性能并不***。采用钨极气体保护焊可获得***良的焊接接缝。

近几十年发展起来的电子束焊接已在民用工业中得到应用，它的焊接速度快，焊缝非常窄，且熔透层深，使焊接变形尽可能减小，可用于精密焊接。激光焊是用聚集的激光束进行焊接、焊接速度快，变形小，也是一种新发展的精密焊接方法。

4)切削加工性能切削加工性能是指切削的难易程度和加工的表面质量，通常可由四个方面进行衡量：切削时消耗的动力；刀具的磨损；表面粗糙度；切屑的形态。切削加工性能的高低常用“切削加工性能指数来表示，该指数越高，切削加工性能越***。表1-5中列出了一些材料加工性能指数，可以看出，铝及铝合金具有***良的切削加工性能。

切削加工性能与所加工材料的硬度有密切关系，***适合切削加工的硬度范围为170~230HBS。若硬度过低， 切削时金属易粘刀而形成切削瘤， 加工后零件表面粗糙度高； 硬度过高，则切削抗力大，刀具磨损量也大，使加工变得困难。被加工材料的金相组织对切削加工性也有很大的影响，当组织中含有大量硬而脆的化合物，尤其是含有大片状、网状、针状化合物时，切削加工困难，这种情况可通过热处理等工艺来改善组织，以利于切削加工。

5)热处理工艺性能热处理是通过对金属制件加热、保温和冷却过程，改变材料的组织从而获得所需性能的工艺。钢可以通过各种热处理工艺在较大范围内改变钢的性能，所以钢的热处理工艺性能是十分重要的。钢的热处理工艺性能包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火稳定性及氧化、脱碳倾向等，其中***重要的是淬透性。

淬透性是钢在淬火时获得淬透层深度的能力。钢的淬透性对机械设计很重要。例如用淬透性不同的两种钢材制成相同直径的轴，进行淬火(淬火介质为水)后再经高温回火(或总称调质处理)，比较其力学性能如图1-5所示。淬透性高的钢制轴整个截面被淬透，淬火后由表面至中心的组织全为马氏体，回火后为回火索氏体(渗碳体呈细颗粒状)，由表面至中心的力学性能是相同的，回火索氏体有较高的冲击韧度和强度，如图1-5a所示；淬透性低的钢制轴心部没淬透(图1-5b中影线部分所示)，调质处理后，只有表层的组织为回火索氏体，而未淬透的心部为-HRC片状索氏体，其强度尤其是冲击韧度较低，如图1-5b所示。对于承受拉、压下工作的重要零件，如螺栓、拉杆、锻模等常常要求全部淬透。车刀、钻头等切削工具由于不断磨刃也要求全部淬透。对于承受弯曲、扭转应力的轴类零件，由于***大表面表面应力分布于外层，淬透层深度为半径的1/3~1/2就可满足要求了。

为了便于测量，一般规定从表面至半马氏体淬透性不同的钢调质区(组织中马氏体体积分数为50%处)的距离为淬后力学性能的比较透层深度。

淬透性常用端淬法测得的淬透性曲线表示。图1-6是40、40Cr、40CrNiMo三种钢的淬透性曲线。已知40、40Cr和40CrNiMo三种钢的半马氏体的硬度分别为40HRC、45HRC和45HRC，可以由图上查出三种钢半马氏体区处至水冷端的距离，分别为3.5mm、6mm和7.5mm，距水冷端的距离越大表明钢的淬透性越***， 对比三种钢的淬透性可知， 40CrNiMo钢的淬透性******，合金钢比碳钢的淬透性***。当零件要求淬透层深度一定时，采用合金钢就可以用较低的冷却速度进行淬火得到所需的力学性能，而产生裂纹和变形的危险性将减少。

(2)工程陶瓷材料的工艺性能 工程陶瓷材料的加工工艺路线如图1-7所示，与金属材料工程塑料的加工工艺路线如图1-8所示。从图中可以看出，其相比其工艺路线比较简单。工程陶瓷是通过化学反应等工艺特别制取的某些化合物(常用的有氧化铝、碳化硅、氮化硅等)粉料，经不同的成形工艺(见表1-7)和烧结工艺(见表1-8)而制成。陶瓷材料的性能是由原材料的成分、粉料粒度、成形工艺和烧结工艺所决定的。经烧结后陶瓷的性能基本不变，成形加工后只需机械加工即可成为零件，由于陶瓷材料很硬，而且很脆，只能用碳化硅或金刚石砂轮进行磨削加工或采用电子束、激光、超声波等特种加工进行加工。由于陶瓷材料对缺陷和应力集中都很敏感，故陶瓷件的表面粗糙度比金属件要求的要严，所以有些陶瓷零件磨加工后，还要求研磨或抛光。

(3)工程塑料的工艺性能工艺路线也是比较简单的。塑料成形后可进行机械加工。

塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料的特点是，受热时软化，冷却后变硬，这一过程可反复进行，可以多次成形，废品可以回收利用。热固性塑料的特点是，受热时软化，但加热到--定温度范围并经历一定的时间后，由于它们的化学结构发生变化而固化。再加热时不再软化，如果温度过高则分解，只能塑制成形一次。不同类型的塑料其成形工艺是不同的，热塑性塑料的成形过程(从加料到塑制件的获得)多数是连续的，成形的方法多采用注射成形和挤压成形。热固性塑料多数是间歇的，成形的方法多采用模压成形和铸压成形。塑料切削加工性能较***，与金属材料基本相同。由于它的导热性较差，在切削过程中热量不易散出，使工件表面温度急剧升高，使其烧焦(热固性塑料)或变软(热塑性塑料)致使加工时变形较大，这一点在加工时要特别引起注意。