關于機械工程中材料選用分析

周建陽

摘 要：伴隨著城市化建設進程的加快，我國機械工程呈現出前所未有的發展，這不但體現在機械設計理念上，還體現在材料優化、制造工藝上。為減少材料損耗，節約施工成本，必須合理選用機械工程材料。本文首先分析了機械工程中材料的選用原則，然后分析了材料的選用步驟和方法。

關鍵詞：機械工程；材料；原則；步驟；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.046

0 引言

機械設備的設計、維修、制造和防制都和工程材料有著密不可分的關系，而且工程材料又是機械中的重要成分，合理選用材料，在節約機械成本、提高經濟效益上意義重大。因此，如何在各種材料中選用保證質量、安全性高的材料是當前急需解決的問題。下面，筆者結合工作經驗，從以下幾點探討機械工程的材料選用。

1 機械工程中材料的選用原則

機械工程中材料的選用原則為：根據工作條件明確材料的性能要求，這是選用材料的出發點；其次是考慮材料的工藝性，最后考慮其經濟性，盡量用最低的成本制造出質量合格的產品。

1.1 使用原則

所謂的使用原則也就是選用材料制作出的機械是否能保證使用性能，多指機械零件在正常情況下所具備的性能，如化學性能、物理性能等。一般來講，機械零件的使用性能是材料選擇時需考慮的重點，也是保證機械能安全使用的關鍵，不同零件的材料性能也不同，有的要求材料硬度高，有的則要求耐磨性、強度高，甚至有的只要保證外表符合要求即可。因此，必須綜合考量零件的使用性能，而一般零件則要考慮力學性能。

1.2 經濟性原則

簡單來說，經濟性指的是材料是否容易獲得，加工生產形成零件后的成本是否低廉，從而形成市場競爭優勢。滿足經濟性原則的材料，一是貨源充足易得，二是加工流程簡單，三是產品價格低廉。結合實際生產活動，在滿足性能質量的前提下，應該選用價格較低的材料類型，例如：能用碳素鋼，不用合金鋼；能用低合金鋼，不用高合金鋼。此外，以前瞻性的眼光來看，部分材料雖然成本費用高，但是后期養護成本低，且材料使用壽命長，一定程度上提高了經濟效益。以柴油機連桿和曲柄為例，質量好壞直接影響機器的壽命和性能，使用低價劣質材料一旦零件失效，就會引起機械損壞。

1.3 工藝性原則

工藝性，指的是材料經設計制造后，能順利加工成零件。在實際生產中，部分材料的性能質量滿足生產要求，但是加工制造難度大、成本高，這種材料的工藝性就比較差。總結來看，材料工藝性能的好壞，決定了加工難度高低，影響車間生產效率和成本造價，提示工作人員加強注意。

需格外注意，在選用高分子的材料時，除要考慮上述原則外，還要考慮周圍光、油、溫度等因素對材料性能的影響。

2 機械工程中材料的選用步驟和方法

2.1 選用步驟

機械工程材料的選擇，不僅重要而且流程復雜，基本步驟如下：第一步，分析零件加工對材料的性能要求，明確零件的各項加工參數，例如剛度、強度、尺寸、穩定性等。第二步，確定可選材料的種類，一般分為金屬、陶瓷、高分子、復合材料四個類型。通過對比不同材料的性能，從而確定最優選材。第三步，確定材料后，綜合評價材料的性能質量，包括外觀、強度、可塑性等。第四步，選擇材料樣本，進行檢測和試驗，確保滿足加工生產需求，避免影響實際生產，導致成本增加、效率降低。

2.2 選用方法

2.2.1 綜合分析材料的性能指標，全面考量選用原則

在機械工程中，大多數的機械零件是在各種應力作用下開展工作的，而且每個零件的受力情況也不一樣。因此，材料選用期間應將性能要求作為依據，綜合分析零件磨損、強度、耐腐蝕性、剛度等指標。例如，零件性能應考慮應力種類、受載狀態等，對于基礎的齒輪而言，由于表面受到的接觸應力比較大，所以需選用能夠進行局部強化的材料，保證表面性能滿足需求。對于蝸桿傳動而言，由于點面間的滑動系數大，極易出現齒面膠合、磨損情況。為從根本上減小磨損，提高傳動效率，除要保證其潤滑度外，還要對蝸輪的綜合性能提出嚴格要求。由此可見，在對材料進行選擇時，不能側重于某方面，忽視另一方面，必須全面考量材料性能，在滿足力學需求的情況下對經濟性、公益性進行考慮。

2.2.2 結合典型零件，類比分析選用方法

第一，箱體類零件。在機械工程中，常見的箱體類零件結構復雜，加工要求高、工作量大。箱體材料、結構的選擇，在減少成本、提高產品質量上具有重要作用。由于鑄鐵價格低、易成形、耐磨性好，故而箱體零件多使用鑄鐵。若情況特殊，也可選用其他材料減輕箱體重量。

第二，金屬材料。金屬材料分為黑色金屬、有色金屬兩種，其破壞形式為變形、磨損、金屬腐蝕、斷裂等。當前，比較常用的黑色金屬為合金鋼、碳素鋼，有色金屬為銅合金、鋁合金，形狀復雜、質量輕，要求具備力學性能的鑄件。由于金屬材料具有強度高、硬度高、焊接性能好的特征，故機械制造加工時多選用金屬材料。

第三，機床齒輪。對于機床齒輪來講，在選擇材料時必須保證其耐磨性、切削加工性和疲勞強度良好，若使用中碳鋼表面淬火至低溫回火，可以滿足性能要求；如果將低碳鋼經由滲碳后淬火至低溫回火，也能滿足性能要求。

第四，機體類零件。這種零件是機械設備的基本件，設備上的大多零部件都安裝在機體上，有的還在導軌上運行。因為其是整個設備的調整基準，各部件位置、運動精度，都和本身的精度有著直接關系。由于各零部件功用不同，其形狀也不相同，但是結構存在一定的共性，如重量大、剛性差、尺寸大。

3 小結

綜上所述，在對機械工程中的材料進行選用時，要遵循材料的使用原則、工藝性原則和經濟性原則，以此保證機械零件的使用性能，減少資源消耗。與此同時，還要根據機械工程實際合理選用材料，充分發揮材料潛能，提高機械零件質量，降低生產成本。

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