Mekaanisten osien suorituskyky riippuu suurelta osin valittujen materiaalien fysikaalisten, kemiallisten ja mekaanisten ominaisuuksien yhteensopivuudesta niiden käyttöolosuhteiden kanssa. Eri materiaaleilla on ainutlaatuiset ominaisuudet lujuuden, kovuuden, kulutuskestävyyden, korroosionkestävyyden, lämmönkestävyyden ja työstettävyyden suhteen. Asianmukainen valinta on edellytys osien luotettavuuden ja käyttöiän varmistamiseksi. Teollisuuden alalla yleisiä mekaanisten osien materiaaleja ovat pääasiassa hiiliteräs, seosteräs, ruostumaton teräs, ei--rautametallit ja niiden seokset, tekniset muovit ja komposiittimateriaalit. Niitä käytetään laajasti toiminnallisten vaatimusten ja toimintaympäristöjen perusteella.
Hiiliteräs on mekaanisten osien perusmateriaali, jolla on hyvä työstettävyys ja tietty lujuus. Se soveltuu sovelluksiin, joissa on kohtalainen kuormitus ja alhainen korroosionkestävyys, kuten tavalliset kiinnikkeet, kannakkeet ja hitaiden{1}}nopeuksien vaihteistokomponentit. Se on edullinen ja laajalti saatavilla, mutta se on altis ruostumaan kosteissa tai syövyttävissä ympäristöissä, mikä vaatii usein pinnan suojakäsittelyä.
Seosteräs, joka on valmistettu lisäämällä seosaineita, kuten kromia, molybdeeniä, nikkeliä ja mangaania hiiliteräkseen, parantaa merkittävästi sen lujuutta, sitkeyttä, kulutuskestävyyttä ja lämmönkestävyyttä. Sitä käytetään laajalti suurille kuormituksille, iskuille tai korkeille lämpötiloille alttiina olevien osien, kuten hammaspyörien, akselien, jousien ja -lujien pulttien, valmistuksessa. Eri seosaineiden suhteita voidaan käyttää tiettyjen ominaisuuksien optimointiin; esimerkiksi kromi parantaa kovettuvuutta ja korroosionkestävyyttä, kun taas molybdeeni parantaa korkeiden lämpötilojen lujuutta ja virumiskestävyyttä.
Ruostumaton teräs käyttää kromia pääseosaineena. Kun kromipitoisuus saavuttaa noin 10,5 % tai enemmän, pinnalle voi muodostua tiheä oksidikalvo, joka antaa materiaalille erinomaisen korroosionkestävyyden. Austeniittista ruostumatonta terästä (kuten 304 ja 316) käytetään usein elintarvikekoneissa, kemianlaitteissa ja meriympäristön osissa sen hyvän plastisuuden ja korroosionkestävyyden vuoksi. Martensiittinen ruostumaton teräs voi saavuttaa korkeamman lujuuden ja kovuuden lämpökäsittelyn avulla, mikä tekee siitä sopivan leikkaustyökalujen, laakerien ja kulutusta kestävien osien valmistukseen.
Ei--rautametalleja ja niiden seoksia käytetään usein mekaanisissa osissa sovelluksissa, joissa on erityisiä suorituskykyvaatimuksia. Alumiinilla ja alumiiniseoksilla on alhainen tiheys ja hyvä lämmönjohtavuus, joten ne soveltuvat kevyisiin rakenteisiin ja lämmönpoistokomponentteihin. Kuparilla ja kupariseoksilla on erinomainen sähkö- ja lämmönjohtavuus, joka löytyy yleisesti sähkökoskettimista ja lämmönvaihtimista. Titaanilla ja titaaniseoksilla on erinomainen ominaislujuus ja korroosionkestävyys, ja niitä käytetään avainkomponenteissa korkean -tarkkuuden aloilla, kuten ilmailu- ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Teknisten muovien ja komposiittimateriaalien käyttö on lisääntynyt viime vuosina. Teknisillä muoveilla, kuten nailonilla ja polyoksimetyleenillä (POM), on itse-voitelevia, vähämeluisia ja keveitä ominaisuuksia, joten ne soveltuvat kevyille-kuormituksen voimansiirtokomponenteille ja kulutusta-kestäville holkeille. Hiilikuituvahvisteisissa komposiiteissa yhdistyvät korkea ominaislujuus ja jäykkyys, ja niitä käytetään huippuluokan laitteissa painon vähentämiseen ja dynaamisen suorituskyvyn parantamiseen. Niiden lämpötila- ja säänkestävyys on kuitenkin suhteellisen rajallinen, mikä vaatii kattavan käyttöolosuhteiden arvioinnin niitä valittaessa.
Materiaalivalinnassa tulee ottaa kokonaisvaltaisesti huomioon mekaaniset ominaisuudet, ympäristöön sopeutuvuus, prosessointitekniikka ja taloudellinen näkökulma. Suunnittelu- ja valmistusvaiheessa on otettava huomioon kuormituksen tyyppi, käyttölämpötila, kosketusväliaine ja komponenttien tarkkuusvaatimukset sekä materiaalin toimitustiedot ja lämpökäsittelyominaisuudet. Pitkän-palvelun suorituskyky tulee varmistaa testaamalla. Tieteellinen materiaalivalinta ei voi ainoastaan parantaa komponenttien suorituskykyä, vaan myös vähentää ylläpitokustannuksia ja pidentää laitteiden yleistä käyttöikää. Siksi sillä on perustavanlaatuinen ja ratkaiseva merkitys mekaanisessa suunnittelussa ja valmistuksessa.
