機械設計中金屬材料的選擇和應用分析

張宇錫

摘 要：在機械設計中，金屬材料作為較為常用的一種材料，因此金屬材料的選擇也成了機械設計中的一項重要內容。通過選擇適宜的金屬材料，可以為產品后續加工質量起到重要的保障作用。并且基于設計角度來做好金屬材料選擇，能夠在實際生產加工過程中使金屬材料發揮出對產品的最大作用，進一步提高金屬材料的實用性、經濟性和環保性，從而為機械制造業的健康發展打下堅實的基礎。文中分析了機械設計中選擇金屬材料的基本原則，并進一步對機械設計中金屬材料的應用措施進行了具體的闡述。

關鍵詞：機械設計;金屬材料;原則;應用措施

近年來科學技術的快速發展，導致社會發展過程中對機械需求量不斷增加，并對機械設備的質量提出了更高的要求。但機械設備質量好壞與材料有直接的關系，因此在機械設計過程中，需要做到科學選擇和應用金屬材料，以此來為機械制造業的快速發展起到積極的推動作用。

1 機械設計中選擇金屬材料的基本原則

1.1 荷載大小

荷載作為一種能夠使物質結構和表面產生變形的外力，不同材料其具有的荷載也不同。在機械設計過程中，一旦金屬材料選擇不當，必然會導致其在使用過程中發生變形，從而對其使用性能帶來較大的影響。因此在機械設計時材料選擇時要針對材料荷載大小進行充分考慮，并進行具體的計算，確保選擇最為適用的材料。而且作為原材料，對其荷載要具有高要求。為了增加材料的承載力，可以將低碳鋼和中碳鋼滲透到材料中，并選擇具有較好質量的碳素鋼和合金鋼進行加工。在使用碳鋼時，一些零件對于精度要求低，則可以在碳鋼中混入一些合金，這樣形成的合金鋼無論是強度還是硬度都大于碳鋼，自身也具有較好的韌性和滲透性，但冶煉工序復雜，使用成本較高。這就需要在機械設計時要合理選擇，在都能夠達到標準要求時，優先使用碳素鋼，確保實現制造成本的節約。

1.2零件的工作環境

在機械設計過程中由于各機械零件對于所處環境要求各異，因此要根據具體的設計環境來選擇金屬材料。具體選擇金屬材料時，需要考慮溫度、濕度等因素對金屬材料的影響。同時金屬材料使用過程中還會出現磨損，因此要選擇硬度大、耐磨性好及具有較強抗腐蝕性的金屬材料，這樣可以在機械設備使用過程中，使環境因素對其損害降至最低，延長機械設備的使用壽命。

1.3 零件尺寸

機械設計中尺寸是較為重要的一項參數，特別是精密零件更是要求其具有較高的精準度。機械設計只是基于理論角度來計算零件尺寸，在具體加工現場一旦零件尺寸不合格，則會導致無法配鑲嵌問題發生。因此在具體設計零件尺寸時，宜以實際加工來進行計算，材料選擇要也要保證其相同性能，盡量選擇易切割和改變大小的材料。

1.4零件結構的復雜性和加工性能

原材料會直接影響到機械零件的整體質量，不同材料具體參數也存在差別，一旦選擇材料無法滿足后期加工需要，必然會對零件質量帶來較大的影響。即使同一種類的金屬材料，其在生產不同金屬零件時加工難度也存在不同，因此在機械設計過程中，需要重視金屬零件結構的復雜性和加工性能。特別是加工過程中，金屬材料自身需要經受住沖壓、切削、鑄造、焊接等的考驗。

1.5 零件的經濟性

經濟效益是每個企業的經營目標，在機械制造業中也不例外。選擇性價比較高的材料，有利于減少企業的運營成本。要對材料的價格、材料的加工難度、材料的轉化率進行充分了解，保證材料的供應，有利于幫助企業減少生產成本。

2 金屬材料在機械設計中的應用措施

2.1調質技術和有關設計中的應用

采用傳統加工處理方式處理金屬材料時，零件的重量和截面不會改變，機械設備體積和重量相對較大。采用熱處理方法能夠對零件的重量和截面進行改變。具體可以采用調質技術，其可以進一步增強金屬材料的拉伸強度、屈服強度及可塑性，進而有利于促進零件整體性能的提高，減輕零件重量，并對零件的截面進行改變。同時金屬零件切削加工質量會影響到產品加工質量、生產效率和成本，通過利用調質技術改善金屬材料質量，提高其硬度，以此來改善切削加工性能。

2.2 表面硬化技術和選材

機械設計材料在后期都需要進行表面硬化等加工處理，增強零件的耐磨性與抗腐蝕性。一般來說，在實際工作中經常使用滲碳技術、氮化技術等兩種表面硬化處理技術，這兩種技術的處理方式與特征都存在較大的差異性，但都依靠滲碳爐完成。將金屬材料放進滲碳爐，可以增加金屬材料中的碳含量，再進行淬火處理，增加金屬材料的硬度，最后使用低溫回火技術清除應力，增強穩定性。在設計時要嚴格根據材料設計在零件尺寸、芯部強度等方面的具體要求，使資源能夠得到有效利用。另外，氮化處理技術適用于任何鋼制材料，是目前較常見的一種技術，可以提升設計的質量，增強機械材料的穩定性。在進行氮化處理時，經常使用45型號氮化處理技術，可以降低變形率，但是材料的硬度不會增加。

2.3 環保節能性

設計人員在選擇材料時，要選擇低耗能、低污染的材料，盡量減少后期使用需要進行熱處理的材料。由于在后期需要進行預熱反應的材料，稍不注意就會縮短材料的使用壽命，對環境產生影響。在機械設計中使用金屬材料要重視其環保節能性，秉承可持續發展理念。同時機械在使用過程中會出現磨損、報廢等情況，要優先選擇可回收、可降解、無污染的材料，使機械在報廢后可以再次回收利用，減少資源浪費。一些材料在機械加工制造過程中會產生有害物質，不僅會影響人體的健康，還會對環境造成危害。因此，設計人員要優先選擇新型的安全材料，避免使用含有有害物質的材料。

2.4 經濟實用性

在具體機械設計中應用具體金屬材料時，要求金屬材料要具備較高的性價比，并在金屬零件中能夠發揮出自身的功能。因此以低成本及實用性的優質材料為宜。而且為了能夠進一步保證機械設備的質量，在實際機械設計過程中，設計人員還要提升自身對金屬材料選擇的經濟性、實用性的認識，以此來保證機械零件的順利加工，為機械設備的高效、穩定生產打下堅實的基礎。設計人員在具體應用金屬材料時，要充分考慮使用者的具體需要，使其能夠滿足用戶的不同需求。在機械生產過程中，要嚴格按照相關標準進行生產，保證材料可以高效使用，減少成本。

3結束語

在國民經濟發展過程中，機械行業發揮著極為重要的作用。機械設計是促進工業化技術提升的重要途徑，在機械設計中選擇和應用金屬材料時，則需要遵循具體的原則，以綠色發展和低成本運行作為具體的宗旨，充分的考慮到金屬材的經濟性、實用性、節能性和環保性，以此來促進我國機械行業的健康、可持續發展。

參考文獻

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