機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用研究

李秀舉

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司 貴州貴陽(yáng) 550005）

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用研究

李秀舉

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司 貴州貴陽(yáng) 550005）

材料的選擇已經(jīng)不僅僅是要滿足于機(jī)械設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，更要注意其環(huán)保性和無(wú)害性。本文就材料在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中的選擇和使用做了詳細(xì)分析，僅供相關(guān)人士參考。

材料；機(jī)械設(shè)計(jì)；選擇和使用

引言

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，材料的選擇和應(yīng)用既是一個(gè)基礎(chǔ)性的工作，也是一個(gè)最為重要的環(huán)節(jié)。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，它的地位也是越來(lái)越高，對(duì)原材料的要求更是嚴(yán)格，它關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量和整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。所以對(duì)材料在機(jī)械設(shè)計(jì)匯總的選擇和使用研究是非常有必要的。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中常用的材料類型

1.1 高分子材料

高分子材料當(dāng)中最常見(jiàn)也是人們最為熟知的就是合成纖維和塑料了，這種類型的材料因?yàn)閬?lái)源豐富，所以應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中有很大優(yōu)點(diǎn)，高分子材料可以在天然氣當(dāng)中進(jìn)行提取，相比其他的材料，它對(duì)能源的消耗程度是最低的，密度又比較小，延展性很高，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中經(jīng)常使用。

1.2 金屬材料

在所有的機(jī)械設(shè)計(jì)材料中，使用率最頻繁的便是金屬材料了，因?yàn)樗捻g性和強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)，使得它被廣泛的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中金屬材料的使用比例一直是居高位的，使用率廣，造價(jià)便宜，滿足多種性能要求，這些都是金屬材料的突出優(yōu)勢(shì)，它的性能優(yōu)良，適合很多種零部件的制作，很多的材料性能是好，但是造價(jià)非常高昂，所以不被人所使用，但是金屬材料的出現(xiàn)，解決了昂貴的造價(jià)費(fèi)用，又能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的各種性能，如圖1所示即為金屬材料的類型。

1.3 復(fù)合材料

復(fù)合材料，顧名思義，它的制成是由很多種不同的材料混合而成，把不同的材料經(jīng)過(guò)物理或者化學(xué)的方法來(lái)進(jìn)行有效合成，制作出適合機(jī)械設(shè)計(jì)所需的材料，復(fù)合材料在性能上是占一定優(yōu)勢(shì)的，它能夠分成金屬、非金屬兩種類型，金屬材料當(dāng)中包括鎂、鋁、合金三種，非金屬的材料又包括橡膠類、樹(shù)脂類、還有陶瓷類等等很多種，復(fù)合材料因?yàn)槠湫阅艿亩鄻有裕跈C(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中也是深受喜愛(ài)的。

1.4 陶瓷材料

陶瓷材料它的成分主要是氮化硅和碳化硅這兩種。陶瓷材料的應(yīng)用大多在制作密封零件上，它的優(yōu)勢(shì)就是硬度很高，密度卻比較低，比較耐腐蝕，抗壓的強(qiáng)度大。但是它的缺點(diǎn)就是生脆，不小心就會(huì)斷裂掉，價(jià)格也是很昂貴的，所以相對(duì)前幾種材料，在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中的使用就相對(duì)來(lái)說(shuō)不是那么廣泛了，除了在一些必要的機(jī)械設(shè)計(jì)中使用，其他時(shí)候使用率都不是很頻繁。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用要求

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，選擇正確的材料是關(guān)鍵點(diǎn)，能否正確選擇直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量高低。所以，要想做好機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇工作：①就得讓材料滿足機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中所要求的基本機(jī)械性能和物理性能，或者是其他化學(xué)性能；②工作人員也要關(guān)注選擇的材料是否滿足適用性、可操作性以及安全性。在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇工作中需要的注意的要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

2.1 滿足機(jī)械零件應(yīng)用的要求

機(jī)械設(shè)計(jì)必須要考慮到機(jī)械的負(fù)載能力，如果機(jī)械的負(fù)載能力差，就會(huì)使整個(gè)機(jī)械的零件失效，達(dá)不到機(jī)械進(jìn)行正常工作的要求。所以，在對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的材料選擇時(shí)，一定要結(jié)合機(jī)械所要進(jìn)行的工作，考慮到機(jī)械所要承受的負(fù)載，然后對(duì)材料進(jìn)行選擇，以此作為機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇進(jìn)行可靠性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。如果機(jī)械零件在受到重壓的時(shí)候產(chǎn)生扭曲或者彎曲的情況，這種變形有時(shí)候是可以恢復(fù)的，但有時(shí)卻是永久性的，這就使得機(jī)械受到損傷，不能進(jìn)行工作。所以，為了避免上述情況的發(fā)生，在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行材料的選擇時(shí)，一定要確保零件不會(huì)發(fā)生扭曲，確保它的實(shí)用性，采用較為堅(jiān)固的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便能夠均勻機(jī)械的受力，改善材料的抗變形性能。比如，在對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)加工時(shí)，可以采用中碳調(diào)制或低碳鋼滲碳的加工方式，用此來(lái)提高材料的性能，從而滿足機(jī)械零件應(yīng)用的要求（如表1所示）。

表1 機(jī)械零件應(yīng)用的要求

2.2 滿足環(huán)保性的要求

目前，由于工業(yè)發(fā)展給環(huán)境造成的破壞已經(jīng)成了一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，如工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢料垃圾、工業(yè)垃圾和一些白色污染。這些都是工業(yè)發(fā)展帶給環(huán)境的巨大污染，是人們最近以來(lái)普遍關(guān)注的問(wèn)題，也是急需解決的環(huán)境問(wèn)題。從工業(yè)生產(chǎn)的源頭，即機(jī)械的設(shè)計(jì)的材料選擇上把好關(guān)，選擇對(duì)環(huán)境具有環(huán)保效果的、沒(méi)有危害的材料，這樣才能夠促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，保持生態(tài)平衡，從而推動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在這一過(guò)程中，擔(dān)任機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員也是至關(guān)重要的，機(jī)械設(shè)計(jì)人員要掌握多方面的知識(shí)，需要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的材料進(jìn)行多方面的分析和研究，最終進(jìn)行慎重的選擇。可以說(shuō)機(jī)械設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的事業(yè)，機(jī)械設(shè)計(jì)是一切工作順利進(jìn)行的前提，企業(yè)生產(chǎn)取決于設(shè)計(jì)的好壞，所以為了追求企業(yè)的最大利潤(rùn)，就要加大機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求，遵循保護(hù)環(huán)境與生態(tài)平衡的原則，對(duì)人類賴以生存和發(fā)展的家園進(jìn)行有效的保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)材料選擇和應(yīng)用滿足環(huán)保性要求的目的。

環(huán)球時(shí)報(bào)訊 據(jù)法新社11月14日?qǐng)?bào)道，斯里蘭卡議會(huì)當(dāng)天通過(guò)對(duì)總統(tǒng)西里塞納自行任命的總理拉賈帕克薩的不信任動(dòng)議。該動(dòng)議由前總理維克勒馬辛哈所領(lǐng)導(dǎo)的統(tǒng)一國(guó)民黨議會(huì)議員提出。不信任動(dòng)議通過(guò)后，斯政局再陷混亂，目前尚不確定維克勒馬辛哈是否會(huì)重掌總理職位。

2.3 材料荷載要求

很多研究表明，大多數(shù)的零件會(huì)出現(xiàn)失效的原因主要是因?yàn)樵摿慵耐廨d荷性能不好所導(dǎo)致的。在機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇工作的過(guò)程中，選擇正確荷載的材料是很關(guān)鍵的，具體的選擇方法有如下兩點(diǎn)：①外載荷作用力可以讓機(jī)械材料發(fā)生彎曲或是扭曲，大量的力都是集中在材料的表層的，也就是說(shuō)材料表面的性能可以抑制材料零件性能的失效。在選擇材料的時(shí)候，一般情況下都是選擇碳鋼調(diào)質(zhì)或者是低鋼滲碳的方式對(duì)材料進(jìn)行加工，這樣的加工方式可以很好的避免機(jī)械材料不必要的損傷。②在機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇時(shí)，應(yīng)該選擇各部分的性能是均勻分布的材料，這樣才能保證設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程的高效性。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

3.1 實(shí)用性材料的選擇與應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用主要是為了滿足機(jī)械在實(shí)際操作中的使用，所以機(jī)械設(shè)計(jì)的材料必須要有實(shí)用性。①在對(duì)機(jī)械材料的應(yīng)用上要以工藝生產(chǎn)為指標(biāo)，對(duì)材料所要使用的范圍和用途進(jìn)行系統(tǒng)的了解后，對(duì)材料進(jìn)行鑄造、切割等操作，以滿足不同設(shè)計(jì)的需求。②機(jī)械的不同零件對(duì)于材料的需求也不同，這要充分考慮材料的具體使用，例如制造哪個(gè)零件，然后再對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)度和耐磨性的選擇，對(duì)于有特殊要求的材料要進(jìn)行特殊處理。

3.2 載荷類型材料的選擇與應(yīng)用

在機(jī)械的使用過(guò)程中，如果材料沒(méi)有較好的荷載能力，就會(huì)造成機(jī)械無(wú)法使用以及被壓壞的現(xiàn)象，所以對(duì)于材料的要求應(yīng)格外注意它的荷載能力。如在機(jī)械的使用過(guò)程中，會(huì)在正常的時(shí)候突然出現(xiàn)抑制失效的情況，這都是荷載出現(xiàn)了問(wèn)題。所以，在選擇和應(yīng)用材料時(shí)，一定要估算材料的荷載能力，從而完善機(jī)械在工作中的使用狀況。

隨著國(guó)家對(duì)于環(huán)保工作的強(qiáng)力推進(jìn)，機(jī)械設(shè)計(jì)也要遵循國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的理念，在機(jī)械設(shè)計(jì)上要盡可能地減少污染和資源的浪費(fèi)。一方面，要盡可能減少熱處理技術(shù)的使用，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)對(duì)材料的壽命是有一定影響的，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的環(huán)境污染。所以，為了有效減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以進(jìn)行熱軋狀態(tài)和冷軋狀態(tài)下發(fā)揮性能的材料（如圖2）。另一方面，如果不能避免熱處理，就要選擇進(jìn)行熱處理較少的材料，降低消耗，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖2 熱軋狀態(tài)和冷軋狀態(tài)下發(fā)揮性能的材料

3.4 無(wú)害材料的選擇與應(yīng)用

在人們的日常生活中出現(xiàn)了許多有害的物質(zhì)，這也加強(qiáng)了企業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇上的注意。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)的材料要盡可能地選擇一些無(wú)害的材料，否則就會(huì)給人體帶來(lái)一些危害。比如，Ni元素，這種元素對(duì)于人體的危害是十分巨大的，同時(shí)它還會(huì)給環(huán)境帶來(lái)極大的污染。要對(duì)材料進(jìn)行慎重選擇，防止選擇有害的材料，就要加大對(duì)材料的監(jiān)測(cè)和管理，避免有害材料進(jìn)入到機(jī)械設(shè)計(jì)中來(lái)。總之，這是現(xiàn)階段機(jī)械設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

材料已經(jīng)不僅僅是當(dāng)初的使用原則基礎(chǔ)了，現(xiàn)在更多是對(duì)材料的環(huán)保性能、機(jī)械性能、和經(jīng)濟(jì)性能的要求。傳統(tǒng)的觀念里多數(shù)人都認(rèn)為貴的就是好的，但是現(xiàn)如今，材料再貴也不見(jiàn)得適合機(jī)械產(chǎn)品的需求，所以要真正對(duì)機(jī)械產(chǎn)品有足夠的了解，這樣才能更好的在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)選擇合適的材料進(jìn)行使用，使材料發(fā)揮出它最大的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，只有源源不斷的材料供應(yīng)，和合理的材料選擇，才能使我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)有更大的提高和進(jìn)步。

[1]路鏡遠(yuǎn)，陳德元.化工機(jī)械設(shè)計(jì)中如何選擇和運(yùn)用材料[J].中國(guó)科技博覽，2013（33）：38.

[2]孫勇.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇及應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（34）：128.

[3]張海秀，劉曉敘.多維材料選擇方法在綠色機(jī)電產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009，25（3）：60～62.

[4]蘇春會(huì).關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用探討[J].中國(guó)科技博覽，2013（29）：540.

TH122

A

1673-0038（2015）35-0264-02

2015-8-12

李秀舉（1975-），男，漢族，貴州甕安人，中級(jí)工程師，本科，主要從事方向?yàn)闄C(jī)械安裝與維護(hù)。