機械設計中金屬材料的選擇與應用研究

林赫超

摘要：眾所周知，金屬材料直接影響著機械產品生產、制造和使用中的效果，選擇金屬材料是機械設計的重要環節，設計人員需要根據機械產品的使用情況、金屬材料的特性合理地選擇材料種類，在降低機械產品成本的同時，盡可能地提升機械產品的性能。因此，文章將探討機械設計中金屬材料選擇的原則，并提出機械設計中金屬材料應用技術手段，旨在為相關技術工作者提供有價值的參考和建議。

關鍵詞：機械設計;金屬材料;選擇與應用

近年來，隨著城鎮化和工業化進程的持續加快，機械行業是推動工業發展的重要力量，機械設計是機械制造的首要環節，在機械設計的過程中，設計人員需要選擇合理的金屬材料，才能有效地提升機械產品的質量，進而提高機械行業的發展水平。在金屬材料的選擇與應用的過程中，設計人員需要根據載荷、使用環境和經濟性等多方面因素來選擇金屬材料，唯有選擇了合理的金屬材料，才能保障機械產品的質量。由于金屬材料的種類繁多，每一種金屬材料有著特殊的性能，機械設計人員需要掌握金屬材料的分類、性能，從經濟、低碳、環保的角度出發，選擇高性能、低污染的金屬材料，并將其應用到機械設計工作中，從而促進機械設計和制造的順利進行。

一、機械設計中金屬材料的選擇原則

金屬材料是機械設計中普遍使用的一種材料，而且在機械行業得到了普遍應用，金屬材料的選擇也是機械設計的重要工作，更是機械設計的重點。筆者認為，在機械設計中，選擇金屬材料時需要遵循以下三個方面的原則：

首先，載荷大小。所謂載荷，即是指力的一種表現形式，也就是針對物體施加一定的力，使得物體的表面和結構產生一定的形變。不同的金屬材料，對于外力的承受能力也不相同，若是在機械設計中選擇了不合理的材料，很可能出現外力大于載荷的情況，這樣就直接降低了機械產品的使用性能，影響著產品的使用質量，甚至會發生安全事故。因此，在機械設計的過程中，設計人員需要考慮到機械產品制造和使用過程中的受力情況，并對金屬材料的載荷進行計算，從而選擇出合理的材料，保證機械產品的質量。

其次，工作環境。毋庸置疑，工作環境直接影響著金屬材料的使用，不同的工作環境需要不同的金屬材料，如機械產品長期在濕熱的環境下工作，金屬材料的表面很可能會發生腐蝕的現象，在機械設計的過程中，設計人員便需要選擇抗腐蝕性強的金屬材料，從而增強機械產品的穩定性。

最后，零件尺寸。在實際的機械設計工作中，尺寸是非常重要的內容，特別是對于精密機械而言，甚至精準度達到了納米級別，設計人員需要考慮到機械產品的加工性，并從理論的角度對零件尺寸進行計算，選擇合理的材料，從而保障零件加工的順利性。另外。在針對零件尺寸進行設計時，我們需要以現場的實際加工情況為基礎，在相同性能的情況下，盡可能地選擇有利于加工且環保、低碳、經濟性強的材料。

二、機械設計中金屬材料的具體應用

1. 滲碳處理

滲碳是常見的金屬材料熱處理方式，通過提升材料表面的碳濃度，有效地增強材料的韌性，提升機械產品的使用性能。在實際的機械設計工作中，金屬材料若不經過熱處理工藝，難以達到設計的要求，而經過滲碳處理，則可以提高金屬材料的性能，進一步滿足機械產品的使用要求。技術人員在機械設計的過程中，需要結合機械產品的性質和尺寸，確定滲碳的深度及其濃度，如針對截面尺寸小于50mm的零件，我們使用20Cr材料，并對這一材料采取滲碳處理即可，很好地保證了機械產品的性能，針對界面尺寸在50mm—150mm范圍內的機械零件，可以選擇20MnTi這一金屬材料，并對其采取滲碳處理，提高機械產品的韌性和塑性。另外，滲碳處理作為非常重要的熱處理工藝，碳濃度與產品性能并不是呈現出正比的關系，若是機械產品的韌性和塑性滿足使用要求，就不需要進行滲碳處理。

2. 氮化處理

氮化處理也是常見的熱處理工藝，也就是在機械零件的表面加入氮原子，從而增強機械零件的耐磨性，同時也具有抗腐蝕性的良好作用，氮化處理在模具制造、機械工程設備制造等方面得到了廣泛應用。一般情況下，機械設計人員會選擇45#鋼、40Cr等氮化鋼，氮化需要在特定的環境和空間內進行，常見的便是氮化爐，在處理的過程中，對機械零件的形態影響較小，機械零件在氮化處理后，便可以安裝在機械設備中，不需要測量機械零件的尺寸和相關性能，有著很高的經濟性。與此同時，技術人員在機械設計時，需要根據機械零件的具體狀況，對機械零件實施一次性氮化處理，并計算出氮化處理的面積，針對不需要氮化處理的部位，一定要做好防護，避免多次處理和不必要的處理。

3. 表面淬火

淬火是成本低、應用廣泛的熱處理方式，有著工藝簡單、易于控制的顯著特點，在提升金屬材料耐磨性方面有著很大的積極作用。表面淬火是機械設計中金屬材料常見的應用方式，經過表面淬火的機械零件，疲勞強度會得到很大的改善，在實際進行表面淬火時，技術人員需要遵循一定的技術要求，特別是表面淬火區域的起始點與終結點處于參與拉應力的情況下，若是沒有掌握科學的技術方式，則會降低機械零件的疲勞強度。在機械設計的過程中，設計人員需要盡可能地避免殘余應力停留在軸的過渡圓角和齒根等位置，針對機械零件相互配合的部位，需要采取表面淬火的方式，降低參與應力對機械產品使用過程帶來的影響，提高機械產品的性能。

三、結論

總而言之，機械行業是促進工業發展的重要因素，金屬材料對于機械產品的性能有著直接的影響，設計人員在機械設計工作中，需要根據載荷大小、工作環境和機械零件的尺寸選擇材料，合理地采用熱處理工藝方式，增強機械零件的性能，從而設計和制造出高質量的機械產品。

參考文獻

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