Die Leistung mechanischer Teile hängt weitgehend von der Kompatibilität der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften der ausgewählten Materialien mit ihren Einsatzbedingungen ab. Verschiedene Materialien weisen einzigartige Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Bearbeitbarkeit auf. Die richtige Auswahl ist Voraussetzung für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Teile. Im industriellen Bereich gehören zu den gängigen Materialien für mechanische Teile hauptsächlich Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, rostfreier Stahl, Nichteisenmetalle und deren Legierungen, technische Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Sie werden je nach funktionalen Anforderungen und Betriebsumgebungen häufig eingesetzt.
Kohlenstoffstahl ist das grundlegendste Material für mechanische Teile und verfügt über eine gute Bearbeitbarkeit und eine gewisse Festigkeit. Es eignet sich für Anwendungen mit mäßiger Belastung und geringen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit, wie z. B. gewöhnliche Befestigungselemente, Halterungen und Getriebekomponenten mit niedriger{1}}Geschwindigkeit. Es ist kostengünstig und weit verbreitet, neigt jedoch in feuchten oder korrosiven Umgebungen zum Rosten und erfordert häufig eine Oberflächenschutzbehandlung.
Legierter Stahl, der durch die Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Molybdän, Nickel und Mangan zu Kohlenstoffstahl hergestellt wird, verbessert seine Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit erheblich. Es wird häufig bei der Herstellung von Teilen verwendet, die hohen Belastungen, Stößen oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z. B. Zahnräder, Wellen, Federn und hochfeste Schrauben. Durch die Anteile unterschiedlicher Legierungselemente lassen sich bestimmte Eigenschaften gezielt optimieren; Beispielsweise verbessert Chrom die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, während Molybdän die Hochtemperaturfestigkeit und Kriechfestigkeit verbessert.
Edelstahl verwendet Chrom als Hauptlegierungselement. Wenn der Chromgehalt etwa 10,5 % oder mehr erreicht, kann sich auf der Oberfläche ein dichter Oxidfilm bilden, der dem Material eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit verleiht. Austenitischer Edelstahl (z. B. 304 und 316) wird aufgrund seiner guten Plastizität und Korrosionsbeständigkeit häufig in Lebensmittelmaschinen, chemischen Geräten und Teilen für die Meeresumwelt verwendet. Martensitischer Edelstahl kann durch Wärmebehandlung eine höhere Festigkeit und Härte erreichen und eignet sich daher für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Lagern und verschleißfesten Teilen.
Nicht-Nichteisenmetalle und ihre Legierungen werden häufig in mechanischen Teilen für Anwendungen mit besonderen Leistungsanforderungen verwendet. Aluminium und Aluminiumlegierungen weisen eine geringe Dichte und eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und eignen sich daher für Leichtbaustrukturen und Wärmeableitungskomponenten. Kupfer und Kupferlegierungen verfügen über eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, die häufig in elektrischen Kontakten und Wärmetauschern zu finden ist. Titan und Titanlegierungen verfügen über eine ausgezeichnete spezifische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und werden in Schlüsselkomponenten in Hochpräzisionsbereichen wie Luft- und Raumfahrt und medizinischen Anwendungen verwendet.
Technische Kunststoffe und Verbundwerkstoffe finden in den letzten Jahren zunehmend Anwendung. Technische Kunststoffe wie Nylon und Polyoxymethylen (POM) verfügen über selbst-schmierende, geräuscharme-Eigenschaften und ein geringes Gewicht, wodurch sie sich für leichte{3}Lastübertragungskomponenten und verschleißfeste-Buchsen eignen. Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe vereinen hohe spezifische Festigkeit und hohe Steifigkeit und werden in High-End-Geräten zur Gewichtsreduzierung und verbesserten dynamischen Leistung eingesetzt. Ihre Temperatur- und Witterungsbeständigkeit ist jedoch relativ begrenzt, sodass bei der Auswahl eine umfassende Bewertung der Betriebsbedingungen erforderlich ist.
Bei der Materialauswahl müssen mechanische Eigenschaften, Umweltanpassungsfähigkeit, Verarbeitungstechnologie und Wirtschaftlichkeit umfassend berücksichtigt werden. Während der Konstruktions- und Fertigungsphase sollten zur Abstimmung die Art der Belastung, die Betriebstemperatur, das Kontaktmedium und die Präzisionsanforderungen der Komponenten sowie die Lieferspezifikationen des Materials und die Wärmebehandlungseigenschaften berücksichtigt werden. Die langfristige Leistung des Dienstes sollte durch Tests überprüft werden. Die wissenschaftliche Materialauswahl kann nicht nur die Leistung von Komponenten verbessern, sondern auch die Wartungskosten senken und die Gesamtlebensdauer der Ausrüstung verlängern. Daher kommt ihm in der mechanischen Konstruktion und Fertigung eine grundlegende und entscheidende Bedeutung zu.
