金屬材料在機械設計中的選擇與應用分析

高 鵬，韓 偉

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

在現階段建設現代工業化強國目標的引領下，機械制造行業取得了巨大的發展與進步，而其得以發展的關鍵因素便是材料的選擇與應用。但是由于當前環境惡化、資源枯竭，其發展受到了一定的阻礙，所以，我們要在堅持經濟、低碳、環保的前提之下，利用現有資源，致力于機械設計的材料選擇與應用領域，使機械制造行業得以平穩發展。

1 在機械設計中金屬材料選擇的基本原則

1.1 金屬材料荷載力的大小與荷載力性質

在機械設計行業中，材料荷載力大小與荷載力性質是我們需要關注的關鍵點。如果材料的荷載力與可塑性良好，那么用這種材料設計出的機械設備在使用的過程中就會表現出優良的性能，還會使機械的工作時間增長，工作效率提高。因此，如果機械設計工程師在機械設計過程中想要保證后期機械的使用效果、使用時長與使用效率，并且不想因為材料荷載力的原因而在使用時出現諸如使用受到限制、使用失效、使用效率低下、使用時長不符合出場標準等等不良方應的話，機械設計工程師便不得不在設計機械之前認真地對機械設計制造中需要用到的各種材料加以判斷、選擇，進行荷載力測驗等工作。

1.2 零件結構的復雜程度及材料的加工性能

一般來說，結構越復雜的零部件往往在制造的過程中采取的加工技術手段越多，這些加工手段包括板材沖壓元件、焊接、毛坯鑄造等；而論及我們要考慮的金屬材料的加工性能，便是對材料本身的各種性能加以考驗，這些考驗包括沖壓性能考驗、切削性能考驗、鑄造性能考驗、焊接性能考驗等在內的諸多方面的考驗，如若我們選擇的金屬材料無法通過這些考驗，那么，這些材料便無法應用于機械制造當中。

1.3 零部件的特殊工作環境

在金屬材料的選擇過程中要對以下因素進行考量：第一，我們在選擇金屬材料時要對溫度因素進行考量。我們都知道，大部分金屬的物理性質會隨溫度的變化而變化，比如金屬都會發生熱脹冷縮，金屬的導電性能會隨溫度變化，金屬的物理狀態會隨溫度發生變化等等。然而不同金屬的物理性質隨溫度變化的大小幅度是不同的，比如：不同種類的金屬雖然都發生熱脹冷縮，但是體積的變化有大有小，其自身的膨脹系數也各不相同，因而我們便要根據不同溫度環境下對金屬材料理化性質的要求來選擇不同的金屬材料。第二，我們在選擇金屬材料時要對環境的濕度以及對金屬的腐蝕性因素進行考量。一般要求這種金屬材料要擁有良好的耐腐蝕的性能，還要具有防銹化的性能，并且，僅僅具有這些特點還不夠，在高腐蝕，高濕度的環境中工作的零部件還需要具有很長的使用壽命，不然的話，在這種環境中進行零部件的更換將是一件極其困難的事情。第三，我們在選擇金屬材料時還要對所選金屬材料的耐磨性能進行考量。在機械作業當中，零部件的磨損是十分常見的問題，并且，至今還無法找到一種完美的方法完全避免機械作業中的磨損現象，因此，我們要想使零部件可以較長時間的工作，便要找尋一些硬度較大、耐磨損性能較好的材料來制作零部件。

2 機械設計中金屬材料應用的注意事項

2.1 機械設計中金屬材料應用的經濟實用性

在機械設計制造過程中，材料的應用是一項重要的內容，而在材料應用當中，機械設計工程師要明白機械設計的最終產品一定要滿足經濟實用性的要求，這一點也與材料的使用與材料的加工工藝有莫大的關系。首先，機械設計工程師要在選擇加工工藝之前對設計進行綜合性的評價，并且，機械設計者還要對市場有一定的了解，要十分熟悉市場上的各種材料的加工工藝、加工面臨的問題及解決策略、材料的性能、材料的價格、設計實現的可能性等等各方面的知識儲備要求。并能根據這些構造出自己的機械設計藍圖。其次，我們的設計人員應該在加工工藝確定的前提下進行金屬材料的選擇工作，以求可以使生產設備的實用性得到保證。我們都知道，金屬設備的生產一般都會涉及到諸如鑄造、生產、裝配、焊接等各式各樣的加工工藝，并且，每一種加工工藝，對所選材料的要求也不盡相同，因此，我們一旦確定所要使用的機械加工工藝之后，基本上我們在機械設計中的金屬材料選擇便會受到限制，幾乎不會再有更多的可選擇性。在現實情況下，金屬材料中的碳素鋼與合金鋼材料具有非常好的加工性能，并且還由于這兩種材料在價格與性價比上所具有的其他類金屬材料不具有的優點，所以在機械設計中，它們是非常受歡迎的兩種金屬材料。但是，由于碳素鋼具有韌性不足的缺點，所以不能夠加工一些中等的型材，在實際操作中，我們往往會在其中加入一些適宜的成分來創造出有更優良的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性的合金鋼以求可以提高這種金屬材料的實用性能。

2.2 機械設計中金屬材料應用的環保性

我們在機械設計中應用金屬材料時，要注意環保性能的體現。我們在此基礎上對材料選擇時要考慮以下方面：第一，我們要優先選擇加工過程中污染小的材料。我們要始終堅持可持續發展的理念，即選擇的這種材料不能或者極少地出現加工過程中廢料多、廢氣多的情況。我們還需要在實際加工過程中選用在熱軋與冷軋狀態下可以達到提升性能與壽命的材料，以求可以規避污染大這一弊端。第二，我們還要在實際選取材料過程中注重可再生、可回收材料的選擇。這樣一來，不單單可以減少經濟開支，還可以達到環保的目的。第三，我們在金屬材料應用時要注重選用危害性小或者無危害性的新型材料。在選材時要盡量選擇如金屬泡沫之類的無毒害的新型材料，以減少對人體與環境的損害。

2.3 機械設計中金屬材料應用的節能性

我們在機械設計中應用金屬材料時還需要注意節能性能的體現。選材要以降低資源消耗與資源浪費為目標。我們在實際選擇中要注意選擇熱處理工序少的金屬材料，因為不同材料的理化性質不一樣，所以在加工處理中所能承受的具體環節也不一樣，如果可以實現工序的減少，那么，便可以降低能源的消耗，實現經濟效益與節能環保的同步發展。

3 總結

金屬材料的合理選擇與妥善應用是我們應該關注的一個重要課題，我們則必須關注材料應用的經濟實用性、環保性與節能性要求，如此，我們國家的機械工業方能真正取得巨大進步。