（1）为选材提供成份依据Fe-Fe3C相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能要求来选择不同成份的铁碳合金。 
（2）为制订热加工工艺提供依据Fe-Fe3C相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随温度变化的规律，这就为制订热加工工艺提供了依据。 
a.铸造根据Fe-Fe3C相图可以找出不同成份的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度。 
b.锻造根据Fe-Fe3C相图可以确定锻造温度。始轧和始锻温度不能过高，以免钢材氧化严重和发生奥氏体晶界熔化（称为过烧）。一般控制在固相线以下100～200℃。一般对亚共析钢的终轧和终锻深度控制在稍高于GS线（A3线）；过共析钢控制在稍高于PSK线（A1线）。实际生产中各处碳钢的始锻和始轧温度为1150～1250℃，终轧和终锻温度为750～850℃。 
c.焊接可根据相图来分析碳钢的焊接组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性和焊接应力。 
d.热处理热处理的加热温度都以相图上的临界点A1、A3、Acm为依据。

力学性能主要指标有硬度、强度、塑性、韧性等。 
硬度：制造业中，通常采用压入法测量材料的硬度，按试验方法不同，分有布氏硬度（HB）、洛式硬度（HR）、维氏硬度（HV），表达材料表面抵抗外物压入的能力。布氏硬度（HB）是用一定载荷交淬火钢球压入试样表面，保持规定时间后卸载，测得表面压痕的面积后，计算出单位面积承受的压力，为布氏硬度值（HB），单位是kgf/mm2,通常不标注；布氏硬度(HB)测试法一般用于HB<450。洛氏硬度(HR)以压痕深浅表示材料的硬度。洛式硬度有三种标尺，分别记为HRA、HRB和HRC，采用不同的压头和载荷。生产中按测试材料不同，进行选择，有色金属和火正火钢，选用HRB，淬火钢选用HRC；硬质合金、表面处理的高硬层选用HRA进行测量。维氏硬度(HV)根据单位压痕表面积承受的压力定义硬度值，压头为锥角136度金钢石角锥体，载荷根据测试进行选择，适用对象普遍。肖氏硬度（HS）是回跳式硬度，定义为一定重量的具有金钢石圆头和钢球的标准冲头从一定高度落下，得到的回跳高度与下落高度的比值，适用于大型工作的表面硬度测量。 
强度：常的强度指标为屈服强度бs，通过拉伸试验确定，定义为材料开始产生塑性变形的应力，其大小表达材料抵抗塑性变形的能力，大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，因此将试样产生0.2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，用б0.2表示。 
抗拉强度бb是材料产生最大均匀变形的应力。бb对设计塑性低的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时以抗拉强度确定许用应力，即[б]＝бb/K（K为安全系数）。 
塑性：通过拉伸试验确定塑性指标，包括伸长率（δ）和断面收缩率（Ψ），分别定义为断裂后试样的长度相对伸长和截面积的相对收缩，单位是％。它们是材料产生塑性变形重新分布而减小应力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大则塑性愈好，金属材料具有一定的塑性是进行塑性加工的必要条件。塑性还可以提高零件工作的可靠性，防止零件突然断裂。 
韧性：冲击韧度指标αk或Ak表示在有缺口时材料在冲击载荷下 
断裂时塑性变形的能力及所吸收的功，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，单位为kgf?m/cm2。

低碳钢（Wc为0.10％～0.25％），若零件要求塑性、韧性好，焊接性能好，便如建筑结构、容器等，应选用低碳钢；中碳钢（Wc为0.25％～0.60），若零件要求强度、塑性、韧性都较好，具有综合机械性能，便如轴类零件，应选用中碳钢；高碳钢（Wc为0.60％～1.30％），若零件要求强度硬度高、耐磨性好，例如工具等，应选用高碳钢。

钢：碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢。 
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁。 
铝合金：铸造铝合金、变速铝合金、超硬铝合金、锻铝合金、防锈铝合金、硬铝合金。 
铜合金：黄铜、青铜、锌黄铜、铝黄铜、锰黄铜、锰铁黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜。

消除铸件内应力采用退火工艺（又称人工时效），铸铁件铸造成型后产生很大内应力不仅降低铸件强度而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸件铸造后必须进行退火，又称人工时效。将铸件缓慢加热到500～560℃适当保温（每10mm载面保温2h）后，随炉缓冷至150～200℃出炉空冷。去应用退火一般不能超过560℃，以免共析渗碳体分解、球化、降低铸造强度、硬度。

陶瓷是无机非金属材料，是用粉状氧化物，碳化物等，通过成型和高温烧结而制成。陶瓷材料是多相多晶材料，结构中同进存在着晶体相、玻璃相和气相，各组成相的结构、数量、形态、大小和颁均对陶瓷性能有显著影响。陶瓷材料具有高硬度（>1500HV）、耐高温（溶点>2000℃）、抗氧化（在1000℃高温下不氧化）、耐腐蚀（对酸、碱、盐有良好的耐蚀性）以主其他优良的物理、化学性能（优于金属的高温强度和高温蠕变能力，热膨胀系数小。热导率低，电阻率高，是良好的绝缘体，化学稳定性高等）。陶瓷材料是脆性材料，故其抗冲击韧度和断裂韧度都很低。陶瓷材料的抗压强度比其抗拉强度大得多（约为抗拉强度的10～40倍），大多数工序陶瓷材料的弹性模量都比金属高。由于工程陶瓷材料硬度高，常采用洛式硬度HRA、HT45N、小负荷维氏硬度或洛氏硬度表示。

特种陶瓷类别氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷 
基本性能特点强度硬度高；耐高温；高的抗蠕变能力；耐蚀性和绝缘性好。缺点是脆性大，不能受热冲击硬度高，磨擦系数小，有自润滑性和耐磨性，蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性好；化学稳定性好，优异的电绝缘性能高温强度高，导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性好；且耐放射元素的幅射耐热性和导热性好，膨胀系数低，抗热振性和热稳定性好；高温绝缘性好，化学稳定性好，有自润滑性，耐磨性好以金属氧化物（Al2O3等）或碳化物（如TiC、WC、TaC等）粉料，再加入适量的粘接刘（如Co、Cr、Ni、Fe、Mo等）通过粉末冶金的方法制成，具有某些金属性质的陶瓷，它是制造万具、模具和耐磨零件的重要材料

钢的整体热处理包括： 
a)退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间然后 
缓慢冷却（如炉冷）的热处理工艺称为退火。包括: 
完全退火、不完全退火、去应力退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）、再结晶退火等 
b)正火将钢材或钢件加热到Ac3(亚共析钢)Acm（过共析 
钢）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的是细化组织、降低硬度、改善切削加工性能，改善显微组织形态为后续热处理工艺作准备等。 
c)淬火将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一 
定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。钢制零件经淬火处理可以获得高强度、高硬度和高耐磨性，满足要求。 
d)回火钢件淬火后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温 
一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火的目的是为了调整淬火组织，降低或消除淬火内应力，降低硬度，提高钢的塑性和韧性，获得所需要的力学性能。淬火并高温回火习惯称为“调质处理”，能获得良好的综合力学性能。

在设计和制造工程结构和机构零件时，考虑材料的使用性能、材料的工艺性能和经济性。 
（1）根据材料的使用性能选材：使用性能是零件工作过程中所应具备的性能（包括力学性能、物理性能、化学性能），它是选材最主要的依据。在选材时，首先必须准确地判断零件所要求的使用性能，然后再确定所选材料的主要性能指标及具体数值并进行选材。具体方法如下： 
a.分析零件的工作条件，确定使用性能 
b.进行失效分析，确定零件的主要使用性能 
c.根据零件使用性能要求提出对材料性能（力学性能、物理性能、化学性能）的要求。通过分析、计算转化成某此可测量的实验室性能指标和具体数值，按这些性能指标数据查找手册中各类材料的性能数据和大致应用范围进行选材。 
（2）根据材料的工艺性能选材：工艺性能表示材料加工的难易程序。所以材料应具有良好的工艺性能，即工艺简单，加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，产品质量好。主要应考虑以下工艺性： 
a.金属铸造性能 
b.金属压力加工性能 
c.金属机械加工性能 
d.金属焊接性能 
e.金属热处理工艺性能 
（3）根据材料的经济性选材：选材必须考虑经济性，使生产零件的总成本降低。零件的总成本包括制造成本（材料价格、零件自重、零件的加工费、试验研究费）和附加成本（零件寿命，即更换零件和停机损失费及维修费等）。

表面淬火是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未传到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。常用的方法有火焰加热淬火、感应加热淬火和激光淬火。 
（1）火焰淬火应用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热，随之淬 
火冷却的工艺。火焰淬火淬硬层深度一般为2～6mm。此法简便，无需特殊设备，适用于单件或小批量生产的各种零件。如轧钢机齿轮、轧辊、矿山机械的齿轮、轴、机床导轨和齿轮等。缺点是加热不均匀，质量不稳定，需要熟练工操作。 
（2）感应加热淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺。电流频率愈高，淬硬层愈浅，电流的透入深度与电流的平方根成反比。根据电流频率不同，感应加热可分为：高频感应加热（100～1000kHz），淬硬层为0.2～2mm，适用于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-10kHz），淬硬层为2～8mm，适用于在中型齿轮、轴等零件；工频感应加热（50Hz），淬硬层深度为>10-15mm，适宜于直径>300mm的轧辊、轴等大型零件。感应加热淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高2-3HRC）、脆性小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备一性投资较大，形状复杂的感应器不易制造，不适宜单件生产。