機械設計中的材料的選擇和應用

張強+任楠

摘 要：人類對于機械方面的設計要求日益提高，機械設計中在材料方面的應用和材料方面的選擇顯得尤為突出和重要。機械設計中在選擇材料時，要堅持實用性的原則，根據零件的具體要求確定材料的種類，同時要保證材料對人的身體和環境無害、加工材料的過程中低污染、低能耗，而且要充分考慮材料的載荷類型，在保證設計質量的前提下，盡量降低成本，保證設計出的產品具備價格優勢。

關鍵詞：機械設計；材料選擇；材料應用

1 引言

我國的國民經濟正處于飛速發展的階段，人類對于機械方面的設計要求日益提高，隨著社會經濟的發展，工業現代化的進程不斷加快，對所有關聯產業提出了更高要求，機械設計是基礎性產業，其質量對工業產業的發展產生直接影響，因此應當予以重視機械設計中，選擇材料是一個重要環節，如何根據設計需要選擇合適的材料、在滿足基本質量的前提下盡量節約成本。機械設計是機械行業中的基礎工作項目內容，該項工作在整個機械行業工作中顯得尤為重要，該方面的發展對我國的社會效益以及經濟效益都有著顯著性的影響。因此，對該項環節進行充分的研究是一項十分有意義的研究內容。

2 機械設計中的材料的選擇和應用意義

由于相關體系不斷的完善，機械設備的使用概率也在不斷的提升，對機械設備的需求量也在不斷的增加，這樣的發展趨勢導致我國的機械材料出現了短缺的現象。材料和機械設備是機械設計以及零件生產的過程中最為基本的元素，對材料提供有效的保證和恰當的使用，已經成為機械設計行業中可以進行可持續發展的重要因素。機械設計與選擇材料方面具有以下幾種關系：首先是性能方面，不同的材料具備不同的性能，每種材料都有自身的優勢和劣勢，因此在選擇材料的過程中，要考慮綜合因素，包括該設計的具體功用以及使用環境等例如，金屬材料不適合在長期在潮濕的環境下使用，高分子材料不適合在高溫下使用等；其次是質量方面，高質量的機械產品不僅體現在設計方案上，只有選擇合適的材料，并將其合理搭配使用，才能保證產品有效發揮性能相反，如果選擇的材料不合理，設備的質量必然會受到影響；最后是成本方面的影響，一個行業進行生產經營的目的是為了獲取經濟效益，因此成本是必須要思考的問題，如果設計中使用的材料過于昂貴，那么產品必定會因為價格失去竟爭優勢。

3 機械設計中的材料的選擇和應用

3.1 載荷類型材料選擇

在進行機械設計的過程中，諸多材料以及零件到最后都無法進行使用，或者是完全失去的作用，而出現相關問題的原因，則是由于所選用的材料在外在負荷方面水平較差。

與此同時，機械零件再發揮出應用方面功能的過程中，在良好的狀態下出現抑制失效的問題。因此，在對材料進行選擇的過程中，需要對機械設計過程中所采用的材料在載荷方面的能力及逆行進行估計和選擇。一般可以通過低碳鋼滲碳或者中碳鋼調質等方式手段，可以將相關工作進行進一步的完善。

3.2 較低消耗能源和污染材料

在對機械材料進行選擇和應用之前，選擇的材料以較低消耗能源和污染材料為主，其中包括兩個方面。一個方面是盡可能的避免最后需要熱反應來進行處理的材料。采用熱反應進行處理的材料，其使用的壽命以及零件的性能都有著決定性的影響，而這種工藝的形式會對環境造成很大的污染，因此，所選擇的材料盡可能的保證是在熱軋狀態和冷拔狀態下都可以完全發揮出性能的材料。另一個方面是選擇的材料為熱處理程序較少的材料。當所選擇的材料無法避免熱處理的時候，就選擇最終熱處理程序較少的材料，一般可采用具有低淬透性的鋼對齒輪進行制造，也就是具有穿透性的加熱，在材料冷卻之后，機械材料的表面會出現淬硬。

3.3 堅持使用性要求

機械設計的過程中，首先需要堅持的就是機械設計中的使用性要求，這是對材料的性能以及材料的質量根本因素提供有效的保障。不同的零件在進行選材方面都存在不同程度的要求，部分的零件在強度方面有著較高要求，而部分的零件需要將零件耐磨性作為主要的側重方向，甚至還有部分的零件需要注重外觀上的美觀程度。因此，在對材料進行選擇的時候，需要將不同零件的作用要求作為主要的選材關鍵。

3.4 采用無害材料

一些特殊材料在使用過程中會對人體造成危害，甚至有的元素會對生態這個整體造成具有破壞性的影響，例如Cr46，這是一種離子狀態下的元素，但是該元素對人體會產生極大的毒害，另外還有Ni、As等，這些元素不僅會對人體造成極大的危害，還對環境產生很大的污染，因此，所選用的材料一定要慎重，盡可能的避免對人體造成危害。

3.5 可循環利用以及回收處理

機械設計中所采用的材料絕大多數都是金屬類的材料，并且采用的種類十分繁多，僅鋼這一種材料就出現了上百種，在對材料進行循環利用過程中，諸多不同種類的材料需要混合在一起，這導致在對廢料進行回收的時候，回收難度增加，同時，這對廢料在循環利用方面造成更大的困難。為了讓廢料可進行有效的回收和利用，在對材料進行選擇的同時需要注意材料的可循環性，一般選用具有單一性的合金對零件進行制造，而合金的組成元素越少越好，提高循環利用的概率。

4 機械設計中的材料的選擇和應用注意事項

4.1 貫徹可持續發展觀

在進行機械材料的選擇與應用時，機械設計企業要堅決貫徹可持續發展觀來進行機械材料的選擇和應用。堅持貫徹可持續發展進行材料的選擇和應用一方面能夠保證機械達到最佳的設計效果，達到節約資源和整合設計的目的，將材料的潛力充分的挖掘出來，促使機械設計保持全面、穩定的可持續發展態勢；另一方面，也符合我國的可持續發展策略，與國家的經濟發展觀和社會主義現代化建設觀保持一致。

4.2 重視綠色環保

在進行機械設計材料的選擇與應用時，要保證材料的選擇與應用和綠色和環保的發展觀保持一致。近幾年來，從社會現狀可以明顯的看出，社會經濟的迅猛發展是以自然環境的嚴重破壞為代價的。現階段，不可再生資源急劇短缺和枯竭，環境的嚴重污染已經日益威脅著人類賴以生存的環境。因此，在選擇和應用機械設計材料時，要秉持綠色和環保的理念進行選擇與應用，節約有限的資源，降低能源的消耗，為環保貢獻一份力量。

4.3 經濟性與實用性

在機械設計材料的選擇和應用過程中，要重視材料的經濟性和實用性。首先，從機械材料的實用性方面來看，由于機械設計過程中機械工藝的鑄造、工藝的鍛造、工藝的焊接、工藝的切削加工、工藝的粘結和固化以及工藝的熱處理等均對機械材料的選擇和應用有著不同的要求。比如，工藝的焊接要求材料的接頭能夠滿足其焊接的使用性能和敏感性要求：工藝的鍛造要求材料能夠滿足鍛造過程中的鍛后冷卻、沖壓性、可鍛性、吸氣性、熱裂傾向性等要求。因此，要求機械材料的選擇和使用必須滿足其實用性要求。其次，從材料的經濟性方面來看，為了節約材料的原成本和加工成本，需要在滿足材料的實用性的基礎上進行經濟選擇和使用，從而有效的節約機械設計的成本，保證機械設計的長遠發展。

5 結束語

總而言之，在對機械設計中的材料進行選擇的時候，需要將科學性的應用以及優化型的材料放在首位，通過對當前相關行業的發展情況進行分析，將材料選擇以及應用的重要性進行進一步的明確，從而滿足機械方面在設計過程中的生產標準，使得適用性、經濟性、可行性以及優質性得以實現，促進該行業進行更加良好地發展。

參考文獻

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