材料与处理 —— 赋予零件灵魂的“内功”选择

同样的零件形状，不同的材料与热处理、表面处理，其性能天差地别。材料选择是连接设计意图与零件最终性能的桥梁，是成本、寿命与可靠性的底层决定因素。

1. 结构钢：从Q235到42CrMo的进化

• 低碳钢（Q235/SS400， A3钢）： 良好的焊接性与冷加工性，但无法通过热处理显著强化。用于机架、罩壳等非核心受力件。

• 中碳钢（45钢）： 最常用的调质钢。经调质处理（淬火+高温回火） 后，可获得良好的综合力学性能（强度、韧性）。用于轴、齿轮、连杆等中等载荷零件。淬透性差，截面过大时心部性能下降。

• 合金结构钢（40Cr， 42CrMo）：

  • 40Cr： 比45钢淬透性好，用于稍大截面或要求更高的零件。

  • 42CrMo： 高强度、高淬透性的代表，可用于承受重载、冲击的大截面轴类、螺栓。是许多进口设备关键件的“平替”首选。

• 设计心法： 关键零件图纸上，必须明确标注热处理技术要求，如“调质至HRC28-32”或“淬火硬度HRC45-50”。

2. 不锈钢：防锈与强度的博弈

• 奥氏体不锈钢（304， 316）： 无磁性，耐腐蚀性好，但强度低，加工硬化严重。304通用，316耐点蚀更好（含Mo）。不适合做轴、齿轮等承载件。

• 马氏体不锈钢（420， 440C）： 可通过热处理硬化。420（2Cr13）常用于需一定强度与耐蚀性的零件（如水泵轴），可淬火至HRC40-50。440C是高碳马氏体不锈钢，可淬火至HRC58以上，是高性能轴承、刀具的材料，但韧性较差，成本高。

• 沉淀硬化不锈钢（17-4PH）： 通过固溶+时效处理获得高强度（抗拉强度可达1300MPa）与良好耐蚀性，加工性能好。是航空航天、高端非标设备中替代高强合金钢的绝佳选择，但价格昂贵。

3. 表面处理：功能与美观的延伸

• 发黑/发蓝： 美观、防锈能力弱。成本低，常用于内部标准件。

• 镀锌： 电镀锌（银白、彩锌）成本低；热浸镀锌层厚，耐蚀性好，但会有锌瘤，不适合精密配合面。

• 镀硬铬： 在表面沉积一层厚铬（可达0.1mm以上），硬度高（HV800-1000），耐磨、耐腐蚀。用于液压活塞杆、印刷辊筒、塑料模具型腔等。可修复尺寸。

• 表面淬火（高频/火焰淬火）： 仅对零件表面（如导轨面、齿轮齿面）快速加热淬火，获得高硬度耐磨层，而心部保持韧性。需控制淬硬层深度与过渡区。

• 表面涂层（PVD， DLC， 特氟龙喷涂）：

  • PVD（物理气相沉积）： 可镀TiN（金色）、TiCN（灰黑）、CrN（银亮）等超硬涂层，显著提高刀具、模具寿命。

  • DLC（类金刚石涂层）： 摩擦系数极低、硬度极高、自润滑，是高耐磨、无油润滑运动副的理想选择（如气缸杆、精密导轨滑块）。

  • 特氟龙喷涂： 提供优异的化学惰性与防粘性，用于接触粘性物料（如胶水、食品）的部件。

总结： 材料与处理的选择，是一场关于“性能、工艺、成本、交期”的多目标优化。优秀的非标设计师必须建立自己的“材料库”与“工艺库”，知道在什么场景下，用什么材料配合什么处理，能以合理的成本，恰到好处地满足功能需求。这是经验，更是科学。