Le prestazioni delle parti meccaniche dipendono in gran parte dalla compatibilità delle proprietà fisiche, chimiche e meccaniche dei materiali selezionati con le loro condizioni di servizio. Materiali diversi hanno caratteristiche uniche in termini di resistenza, durezza, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, resistenza al calore e lavorabilità. La selezione adeguata è un prerequisito per garantire l'affidabilità e la durata dei componenti. Nel campo industriale, i materiali comuni per le parti meccaniche includono principalmente acciaio al carbonio, acciaio legato, acciaio inossidabile, metalli non-ferrosi e loro leghe, tecnopolimeri e materiali compositi. Sono ampiamente utilizzati in base ai requisiti funzionali e agli ambienti operativi.
L'acciaio al carbonio è il materiale più basilare per le parti meccaniche, possiede una buona lavorabilità e una certa resistenza. È adatto per applicazioni con carichi moderati e requisiti di bassa resistenza alla corrosione, come elementi di fissaggio ordinari, staffe e componenti di trasmissione a bassa-velocità. È a basso costo e ampiamente disponibile, ma tende ad arrugginire in ambienti umidi o corrosivi, richiedendo spesso un trattamento di protezione superficiale.
L'acciaio legato, ottenuto aggiungendo elementi leganti come cromo, molibdeno, nichel e manganese all'acciaio al carbonio, ne migliora significativamente la resistenza, la tenacità, la resistenza all'usura e la resistenza al calore. È ampiamente utilizzato nella produzione di parti soggette a carichi elevati, impatti o temperature elevate, come ingranaggi, alberi, molle e bulloni ad alta resistenza. Le proporzioni dei diversi elementi di lega possono essere utilizzate per ottimizzare in modo specifico determinate proprietà; ad esempio, il cromo migliora la temprabilità e la resistenza alla corrosione, mentre il molibdeno migliora la resistenza alle alte-temperature e la resistenza allo scorrimento viscoso.
L'acciaio inossidabile utilizza il cromo come principale elemento legante. Quando il contenuto di cromo raggiunge circa il 10,5% o più, sulla superficie può formarsi una densa pellicola di ossido, che conferisce al materiale un'eccellente resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile austenitico (come 304 e 316) è spesso utilizzato in macchinari alimentari, apparecchiature chimiche e parti dell'ambiente marino grazie alla sua buona plasticità e resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile martensitico può raggiungere resistenza e durezza più elevate attraverso il trattamento termico, rendendolo adatto alla produzione di utensili da taglio, cuscinetti e parti resistenti all'usura-.
I metalli non-ferrosi e le relative leghe vengono spesso utilizzati nelle parti meccaniche per applicazioni con requisiti prestazionali speciali. L'alluminio e le leghe di alluminio hanno una bassa densità e una buona conduttività termica, che li rendono adatti per strutture leggere e componenti per la dissipazione del calore. Il rame e le leghe di rame hanno un'eccellente conduttività elettrica e termica, comunemente presente nei contatti elettrici e negli scambiatori di calore. Il titanio e le leghe di titanio possiedono un'eccellente robustezza specifica e resistenza alla corrosione e vengono utilizzati in componenti chiave in campi di alta-precisione come le applicazioni aerospaziali e mediche.
Negli ultimi anni le plastiche tecniche e i materiali compositi hanno visto un aumento delle applicazioni. I materiali plastici tecnici come nylon e poliossimetilene (POM) possiedono proprietà auto-lubrificanti, silenziose-rumore e leggere, che li rendono adatti per componenti di trasmissione di carichi leggeri-e boccole-resistenti all'usura. I compositi rinforzati con fibra di carbonio combinano elevata resistenza specifica ed elevata rigidità e vengono utilizzati in apparecchiature-di fascia alta per ridurre il peso e migliorare le prestazioni dinamiche. Tuttavia, la loro resistenza alla temperatura e agli agenti atmosferici è relativamente limitata e richiede una valutazione completa delle condizioni operative al momento della selezione.
La selezione dei materiali deve considerare in modo esaustivo le proprietà meccaniche, l’adattabilità ambientale, la tecnologia di lavorazione e l’economia. Durante le fasi di progettazione e produzione, è necessario considerare il tipo di carico, la temperatura operativa, il mezzo di contatto e i requisiti di precisione dei componenti, insieme alle specifiche di fornitura del materiale e alle caratteristiche di trattamento termico, per l'abbinamento. Le prestazioni del servizio-a lungo termine devono essere verificate tramite test. La selezione scientifica dei materiali può non solo migliorare le prestazioni dei componenti, ma anche ridurre i costi di manutenzione e prolungare la vita complessiva delle apparecchiature. Ha quindi un significato fondamentale e decisivo nella progettazione e produzione meccanica.
