基于机械设计中材料的选择和使用分析

刘秀霞

摘要：在进行机械设计时需要谨慎的选择材料并对其进行合理的应用，材料的使用既要达到机械设计的要求，而且还要考虑当前对于环保以及节能的要求。本篇文章则主要是简要的分析了机械设计过程中对于材料选择和合理利用。

关键词：机械设计；材料使用；选择；分析

1.机械设计中材料选择的重要作用

由于我国经济的快速发展，使得我国对于机械的需求量持续增加，同时也造成了我国的材料出现了短缺。材料则是实现机械设计与生产的基础，因此为了实现我国机械行业的持续稳定发展就需要确保我国的材料供应能够满足需求，而且这也是保证机械设计行业不断地发展基本要素。所以，在如今的形势下，我们需要加强对机械材料的选择力度。不仅要确保材料的合适、实用，而且还要确保资源的节约和环境的保护，除此之外还要考虑材料的环保性以及经济性。只有材料的选择能够很好的完成，才能够不断的促进我国机械设计行业持续健康发展。

2.机械设计过程中材料选择和合理使用所要注意的方面

2.1确保材料对人体不会造成伤害

对于机械的设计过程中所选择的材料多种多样，而且有很大一部分的材料还含有一定的有害元素能够对人体造成伤害，严重的还会造成生态环境的破坏。各种合金元素在都含有一定的 Cr+6 游离离子，能够严重的危害人体健康，除此之外像 As、Ni 等同样对也会危害人类的健康。如果这些材料被随意的丢弃和报废，就会造成严重的水源以及土壤污染，严重的威胁人类以及生态环境的安全。例如在Sn- Pb 合金中含有37%的Pb，这种合金通常用于集成电路中，如果电路板无法使用后就会被废弃，而且这种材料也无法有效的进行回收，一般的处理方法则是进行填埋。由于Pb非常容易融到水中，这就会对生物链造成严重的威胁。因此在选择类似的材料时必须要谨慎，防止给人类造成严重的危害。

2.2选择方便回收和可循环利用的材料

由于机械的设计和制造过程中要用到各种种类的金属，而且仅仅钢就高达上百种。由于回收过程中各种废弃材料会集中在一起，因此就会增加回收的难度，同时也使得其再循环利用更加困难。所以，为了实现金属废料的有效循环和合理利用，最好的办法就是选择统一系的金属进行零件的制造，这样就能够减少合金系的种类，降低环境压力，提高合金的循环利用率。

2.3坚持使用性的要求

在进行材料选择是首先要考虑的就是材料的使用性，这样不仅能够确保材料的质量，而且能够保证材料良好的性能。零件之间存在差异，因此对于选材的要求也是各不相同的。所以，在对材料进行选择时，需要制定不同的选材方法来满足不同零件的需求，并且还要对零件的使用性能进行全方位的了解。

2.4选择适当的材料载荷类型

根据相关的试验以及大量的调查来看，多数零件出现失效的主要原因则是由于材料的外载荷无法满足要求，通过提高零部件的应用性能能够有效的增强其应用价值。零部件的外载荷性能以及抑制失效之间存在一定的矛盾性，所以，在材料选择时，就要将荷载性能作为材料选择的主要参考。材料的载荷性能主要有：①如果零件承受的主要是拉伸或者压缩力，这样就会在零件的界面布满外载荷力，因此机械设计时就需要性能均匀分布的材料。高碳钢材料通常比较脆，因此就比较易折。根据这些年的调查和研究可以知道，对弹性零件通过淬火强韧处理也能够使低碳钢成为良好的材料。②如果零件承受比较大的外载荷力就会出现一定的变形和扭曲，这样就会使得零件表层承受较大的应力，因此在抑制零部件的时效性时，材料的表层性能则是主要的方面。这样制作和生产的零件能够具有较高的品质。所以，在选材时一定要恰当而且还要结合先进的技术对其进行处理。

3.对于机械设计过程中材料的选择以及使用的手段进行探析

3.1材料选择以及表面硬化技术的应用

在进行机械设计时通常要对金属材料进行相应的表面硬化处理，这样不仅能够增强材料的耐磨性和耐腐蚀性。在对金属材料进行表面处理时通常选择渗碳技术等来实现。

渗碳技术的应用主要是通过在渗碳炉中对钢材进行淬火来增强其表面的碳含量处于规定的范围，从而使得金属材料能够满足设计的要求，然后通过低温回火的方式来对其组织结构进行强化。渗碳技术的使用主要是针对渗碳钢进行的，通常可以在设计时进行材料的选定，但是要避免材料的浪费，节约成本。

3.2氮化处理技术

通常，氮化技术可以对各种钢材进行处理， 45型号的氮化钢则是经常使用的，如图1.而且氮化技术的实现也是在氮化炉中完成的，淡化技术的具有变形量小的特点，而且处理完成后不需要进行其他的加工。通常根据材料的质量来确定氮化硬度，因此就需要确保各种材料在处理时尽量的进行氮化处理，这主要是由于氮化层对于材料有很多的好处，因此就无需进行通过二次处理进行消除。另外还可以通过局部淡化技术来实现材料的局部处理，处理完成后去除其余部分的保护层。运用氮化技术进行材料处理能够将变形量控制在较小的范围而且其能够形成比较薄的硬化层， 将氮化技术与调质技术进行有效的结合，其所达到的效果更佳。

图1 为氮化处理技术

总而言之，机械设计时需要合理的选择材料，不仅要考虑其适用性和经济性还要保证其能够满足环保是要求，只有这样才能够保证机械设计行业的健康持续发展。

参考文献：

[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2013（11）.

[2]田源.机械设计中配制配合的应用研究[J].农家科技 ，2011（4）.

[3]周玉丰，张帆.机械设计中材料的选择和应用分析[J].河北农机，2013.