机械设计中的材料的选择和应用

张强+任楠

摘 要：人类对于机械方面的设计要求日益提高，机械设计中在材料方面的应用和材料方面的选择显得尤为突出和重要。机械设计中在选择材料时，要坚持实用性的原则，根据零件的具体要求确定材料的种类，同时要保证材料对人的身体和环境无害、加工材料的过程中低污染、低能耗，而且要充分考虑材料的载荷类型，在保证设计质量的前提下，尽量降低成本，保证设计出的产品具备价格优势。

关键词：机械设计；材料选择；材料应用

1 引言

我国的国民经济正处于飞速发展的阶段，人类对于机械方面的设计要求日益提高，随着社会经济的发展，工业现代化的进程不断加快，对所有关联产业提出了更高要求，机械设计是基础性产业，其质量对工业产业的发展产生直接影响，因此应当予以重视机械设计中，选择材料是一个重要环节，如何根据设计需要选择合适的材料、在满足基本质量的前提下尽量节约成本。机械设计是机械行业中的基础工作项目内容，该项工作在整个机械行业工作中显得尤为重要，该方面的发展对我国的社会效益以及经济效益都有着显著性的影响。因此，对该项环节进行充分的研究是一项十分有意义的研究内容。

2 机械设计中的材料的选择和应用意义

由于相关体系不断的完善，机械设备的使用概率也在不断的提升，对机械设备的需求量也在不断的增加，这样的发展趋势导致我国的机械材料出现了短缺的现象。材料和机械设备是机械设计以及零件生产的过程中最为基本的元素，对材料提供有效的保证和恰当的使用，已经成为机械设计行业中可以进行可持续发展的重要因素。机械设计与选择材料方面具有以下几种关系：首先是性能方面，不同的材料具备不同的性能，每种材料都有自身的优势和劣势，因此在选择材料的过程中，要考虑综合因素，包括该设计的具体功用以及使用环境等例如，金属材料不适合在长期在潮湿的环境下使用，高分子材料不适合在高温下使用等；其次是质量方面，高质量的机械产品不仅体现在设计方案上，只有选择合适的材料，并将其合理搭配使用，才能保证产品有效发挥性能相反，如果选择的材料不合理，设备的质量必然会受到影响；最后是成本方面的影响，一个行业进行生产经营的目的是为了获取经济效益，因此成本是必须要思考的问题，如果设计中使用的材料过于昂贵，那么产品必定会因为价格失去竟争优势。

3 机械设计中的材料的选择和应用

3.1 载荷类型材料选择

在进行机械设计的过程中，诸多材料以及零件到最后都无法进行使用，或者是完全失去的作用，而出现相关问题的原因，则是由于所选用的材料在外在负荷方面水平较差。

与此同时，机械零件再发挥出应用方面功能的过程中，在良好的状态下出现抑制失效的问题。因此，在对材料进行选择的过程中，需要对机械设计过程中所采用的材料在载荷方面的能力及逆行进行估计和选择。一般可以通过低碳钢渗碳或者中碳钢调质等方式手段，可以将相关工作进行进一步的完善。

3.2 较低消耗能源和污染材料

在对机械材料进行选择和应用之前，选择的材料以较低消耗能源和污染材料为主，其中包括两个方面。一个方面是尽可能的避免最后需要热反应来进行处理的材料。采用热反应进行处理的材料，其使用的寿命以及零件的性能都有着决定性的影响，而这种工艺的形式会对环境造成很大的污染，因此，所选择的材料尽可能的保证是在热轧状态和冷拔状态下都可以完全发挥出性能的材料。另一个方面是选择的材料为热处理程序较少的材料。当所选择的材料无法避免热处理的时候，就选择最终热处理程序较少的材料，一般可采用具有低淬透性的钢对齿轮进行制造，也就是具有穿透性的加热，在材料冷却之后，机械材料的表面会出现淬硬。

3.3 坚持使用性要求

机械设计的过程中，首先需要坚持的就是机械设计中的使用性要求，这是对材料的性能以及材料的质量根本因素提供有效的保障。不同的零件在进行选材方面都存在不同程度的要求，部分的零件在强度方面有着较高要求，而部分的零件需要将零件耐磨性作为主要的侧重方向，甚至还有部分的零件需要注重外观上的美观程度。因此，在对材料进行选择的时候，需要将不同零件的作用要求作为主要的选材关键。

3.4 采用无害材料

一些特殊材料在使用过程中会对人体造成危害，甚至有的元素会对生态这个整体造成具有破坏性的影响，例如Cr46，这是一种离子状态下的元素，但是该元素对人体会产生极大的毒害，另外还有Ni、As等，这些元素不仅会对人体造成极大的危害，还对环境产生很大的污染，因此，所选用的材料一定要慎重，尽可能的避免对人体造成危害。

3.5 可循环利用以及回收处理

机械设计中所采用的材料绝大多数都是金属类的材料，并且采用的种类十分繁多，仅钢这一种材料就出现了上百种，在对材料进行循环利用过程中，诸多不同种类的材料需要混合在一起，这导致在对废料进行回收的时候，回收难度增加，同时，这对废料在循环利用方面造成更大的困难。为了让废料可进行有效的回收和利用，在对材料进行选择的同时需要注意材料的可循环性，一般选用具有单一性的合金对零件进行制造，而合金的组成元素越少越好，提高循环利用的概率。

4 机械设计中的材料的选择和应用注意事项

4.1 贯彻可持续发展观

在进行机械材料的选择与应用时，机械设计企业要坚决贯彻可持续发展观来进行机械材料的选择和应用。坚持贯彻可持续发展进行材料的选择和应用一方面能够保证机械达到最佳的设计效果，达到节约资源和整合设计的目的，将材料的潜力充分的挖掘出来，促使机械设计保持全面、稳定的可持续发展态势；另一方面，也符合我国的可持续发展策略，与国家的经济发展观和社会主义现代化建设观保持一致。

4.2 重视绿色环保

在进行机械设计材料的选择与应用时，要保证材料的选择与应用和绿色和环保的发展观保持一致。近几年来，从社会现状可以明显的看出，社会经济的迅猛发展是以自然环境的严重破坏为代价的。现阶段，不可再生资源急剧短缺和枯竭，环境的严重污染已经日益威胁着人类赖以生存的环境。因此，在选择和应用机械设计材料时，要秉持绿色和环保的理念进行选择与应用，节约有限的资源，降低能源的消耗，为环保贡献一份力量。

4.3 经济性与实用性

在机械设计材料的选择和应用过程中，要重视材料的经济性和实用性。首先，从机械材料的实用性方面来看，由于机械设计过程中机械工艺的铸造、工艺的锻造、工艺的焊接、工艺的切削加工、工艺的粘结和固化以及工艺的热处理等均对机械材料的选择和应用有着不同的要求。比如，工艺的焊接要求材料的接头能够满足其焊接的使用性能和敏感性要求：工艺的锻造要求材料能够满足锻造过程中的锻后冷却、冲压性、可锻性、吸气性、热裂倾向性等要求。因此，要求机械材料的选择和使用必须满足其实用性要求。其次，从材料的经济性方面来看，为了节约材料的原成本和加工成本，需要在满足材料的实用性的基础上进行经济选择和使用，从而有效的节约机械设计的成本，保证机械设计的长远发展。

5 结束语

总而言之，在对机械设计中的材料进行选择的时候，需要将科学性的应用以及优化型的材料放在首位，通过对当前相关行业的发展情况进行分析，将材料选择以及应用的重要性进行进一步的明确，从而满足机械方面在设计过程中的生产标准，使得适用性、经济性、可行性以及优质性得以实现，促进该行业进行更加良好地发展。

参考文献

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