机械设计中材料的选择与应用

王卓宸

（中信重工机械股份有限公司，河南 洛阳 471199）

机械设计中材料的选择与应用

王卓宸

（中信重工机械股份有限公司，河南 洛阳 471199）

随着我国科学技术水平的不断提高，人们对机械方面的各项设计要求也在不断变化，尤其体现在机械设计中材料的选择与应用。文章通过对机械设计中材料选择与应用的重要意义、选择材料的注意事项和材料应用过程中的注意事项等三个方面进行了分析研究，从而论述了机械设计中材料的正确选择和应用会增强机械工作实际操作的安全性，而且达到企业在机械生产中节能减排的目标。

机械设计；材料选择与应用；重要作用；注意事项

目前，全球经济一体化进程不断加快，城市化建设的规模日益扩大，在这一环境下机械行业在拉动国民经济实力方面起到了重要作用，要想使我国的国民经济不断提高，提高机械行业的经济效益就是起决定作用的做法之一。人们应该在机械设计的工作过程中做适当的调整与改变，相关工作人员在日常工作中的每一个环节都要认真对待，机械设计中的材料的选择与应用关系到生产出来的机械的质量以及机械设计行业的健康发展，当机械设计过程中遇到困难和瓶颈时，要及时地发现问题、处理问题。在科学发展的理念下，现代社会对机械设计中材料的原则与应用方面提出了新的要求，相关部门和相关的工作人员在机械设计中的材料选择与应用方面既要满足机械生产的需要还要在机械设计的整体过程中满足经济利益和社会效益，符合可持续发展的要求。因此，在整个机械设计的材料选择和应用的过程中，要注重材料运用中各个零部件的合理性以及各个零部件之间的协调和配合。

1 机械设计中材料选择与应用的重要意义

现在，我国的经济快速发展，社会不断进步，随之而来的机械的生产和加工也面临着巨大的机遇和挑战。机械设备需求的不断增长，机械设计方面所应用的材料被大量的开采使用，使机械设计中需要的材料越来越稀缺，机械设计所需要的材料的需求与各种机械设计的材料的稀缺之间的矛盾越来越大。而且社会在进步，各个行业、各个领域都需要原材料，因此使机械设计中可应用的原材料越来越少，这就使机械设计中材料的选择和应用的空间进一步被压缩。原材料是机械设计行业中的一个基础元素，它缺一不可，为了保障机械设计的有效完成就必须要解决材料的供应问题。这些问题就是机械设计中材料的选择和应用中存在的巨大问题。从这些问题中出发，如何使机械设计中材料的选择和应用发挥最大作用，发挥其环保性和可持续型，使机械设计行业的经济利益和社会效益不断的增加，可持续发展，是我国相关部门和相关工作人员面临的巨大问题之一。

2 机械设计中材料的选择应该注意的事项

机械设计中最主要的工作事项之一就是材料的选择，材料的质量高低直接影响机械设计整个工作质量的高低。要想做好机械设计中材料的选择工作，第一就是选择的材料必须要满足机械制造中各个零部件在运行的过程中使生产出来的机械性能，物理性能和化学性能得到提高等等的需求。第二就是要注意选择的材料在机械生产和加工过程中必须具有很强的可操作性，、经济性和工人在工作过程中的安全性。在整个机械设计中材料的选择和应用的过程中，有具体的几个方面的要求，以下就是相关工作人员需要特别注意的：

（1）机械设计中的材料载荷类型的选择。通过大量的调查研究，其结果表明，在机械设计的工作过程中，过多的零部件之所以失效其根本原因就是机械设计中材料的外载荷性能所影响的。然而机械零部件所具有的各种各样的应用性能却能很好的抑制这种零部件失效的问题。这就体现出了机械设计中选择材料的外载荷性能和零部件能很好的抑制失效问题之间的矛盾所在。因此，在机械设计中材料的选择过程中，要尤其注意所选零部件材料载荷能力的大小和应力能力的大小。具体的说，可以把机械设计中材料载荷性能的选择分为以下两点：①当材料外载荷的作用力使机械材料的零部件发生弯曲和扭转的现象时，其最大的应力就几乎全部集中于所用机械材料的表层之中了。这就充分表明机械材料表层的性能可以在抑制机械材料在零部件失效问题上发挥巨大的作用。如果在机械设计中选择的材料需要达到这种程度的载荷作用时，就可以选择采用中碳钢调质或者是低碳钢渗碳的处理方法对其进行机械的加工和制造。②在机械的制造过程中，有些零部件只需要单一的承受拉伸、剪切或者压缩应力，这是机械材料的外载荷作用力沿着机械的整个零部件横截面均匀分布的，这就是说，相关工作人员在机械设计的工程之中，要应用各个部分性能可以均匀分布的零部件材料，从而使机械的加工和生产的各个环节工作效率得以提高，保障机械制造的顺利进行。

（2）机械设计中碳素钢与合金钢材料的选择。在目前的机械材料选择的市场中，因为碳素钢本身的加工性能好、操作性能强和成本价格优越等方面的优势，使碳素钢得到了广泛的应用。但是相关工作人员要注意一些问题，这种碳素钢有一些缺陷，比如：碳素钢的强度低、韧性低；中等形状以上的材料的零部件没办法对其进行热处理加工淬透作业等等。这些方面的缺陷使碳素钢在机械设计中材料的选择中受到了很大的限制。但是经过不断的研究，发现只要在碳素钢中加入一定比例的合金元素就可以形成合金钢。形成的合金钢的强度与韧性方面都有了一定的提高，在一定程度上，还使零部件增加了一些特殊的性能，例如：耐腐蚀；耐高温和耐磨损等等。但是大部分的人认为，虽然新形成的合金钢在各个方面都要比碳素钢的性能要好，但是在机械设计中只有在材料外载荷作用力较大或者零件的有效截面尺寸较大而且还需要进行淬透的情况下才可以选择应用合金钢这种材料，在其他正常的情况下，仍然选择使用碳素钢材料。

2 机械设计中材料的应用过程中应该注重的事项

材料的正确应用是材料选择之后工作质量高低的体现和延伸，这一过程在整个机械设计的工作过程中发挥很大的作用，不容忽视。在机械设计中，如何正确选择材料，充分发挥其作用是很关键的，受到工作人员的重视是应该的，但是材料在应用过程中如何保障其经济性和环保性也是很重要的，同样应该受到相关工作人员的重视。相关工作人员在确保机械设计中材料选择工作质量的前提下，要正确的处理好材料应用过程中的经济效益和节能环保效益的有机统一。这个问题现在已经成为机械设计过程中的一个重要课题，这也是机械生产与加工持续、健康发展的一个必然要求。相关工作人员在机械设计中材料的应用过程中想要贯彻落实可持续发展的观念，就必须要注意以下两个方面：

（1）机械设计中材料的应用过程中要使适用性和经济性得到统一。相关工作人员必须意识到机械设计中材料应用过程中最重要的问题之一就是使材料的适用性和经济性得到统一。以下是适用性和经济性统一的具体的分析：①机械材料零部件的制造工艺就是机械设计中材料应用工作的重要参数指标。在机械设计、制造的工作过程中铸造工艺,热处理工艺,切削工艺和焊接工艺等加工处理技术在机械设计材料的应用中，各有各的特点，每个工艺的要求都各不相同。具体地说：铸造工艺是要求机械设计材料的应用要具有高流动性、高收缩性和高吸气性；焊接工艺是要求机械设计中材料的应用要具有冲压性,冷镦性的特点；热处理工艺是要求机械设计中材料的应用要具有淬透性,过热敏感性以及氧化脱碳性等特点；切削工艺是要求在机械设计中材料的应用要具有满足切削工作中可操作性的特点。②机械设计中材料的应用要尤其注重经济性。这就要求相关工作人员在机械设计中材料的应用过程中既要使零部件材料各个方面的性能得到充分满足，又要控制减小零部件材料加工过程中的成本。在这一原则的基础上，结合我国企业机械生产和加工过程中的现有条件，对机械设计零部件的制造方式和最佳的机械制造加工途径进行应用和改进。

（2）机械设计中材料的应用工作过程中要使环保性和节能性得到统一。通过社会的不断发展，人们更加关注生态经济和可持续发展。在机械设计中材料的应用过程中就要做到既保护环境又具有节能性，这是现代社会对机械设计的新要求。相关工作人员必须要强化环保意识和节能意识，对其充分重视。在经济社会不断的发展过程中，不可再生能源应用的范围越来越广，但是其数量却越来越少，因此在机械设计中材料的应用过程中一定要注重节能性与环保性，使其能够可持续发展。在材料的应用过程中，以机械设计的铸件环节为例，在机械的铸件阶段百分之五左右的成本就决定了最终的百分之八十的铸件生产成本。通过这一事例就可以看出，重视机械设计中材料的应用环节的节能性和环保性，不仅仅可以最大限度地节约原材料和成本，减少能源的消耗与浪费，还可以有更大的创新空间去满足机械设计中材料应用环节节能环保的新要求。

3 结语

现阶段我国的经济、社会快速健康发展，现代的科学技术水平也不断提高，人们的物质需求和精神需求也不断提高，因此对机械设计行业也提出了新的更加全面、更加具体的要求。机械设计中材料的选择与应用在整个机械设计工作中占有越来越重要的地位，在新的时代潮流下，机械设计领域的科学、健康发展有利于促进我国的经济发展和工作的不断进步，有利于加快我国的社会化建设。因此在机械设计的领域方面，要加大时间和精力的投入，保障其行业的健康、可持续发展。文章通过对机械设计中材料的选择与应用进行了分析与探讨，希望可以对机械设计的相关研究可以提供一定的参考，对以后的机械设计行业的发展有所帮助。

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Selection and App lication of M aterials in M echanical Design

WANG Zhuo-chen
（CITIC Heavy Machinery Co.，Ltd.，Luoyang，Henan 471199，China）

With the continuous improvementof the levelof science and technology in China，the design requirements ofmechanicalaspectsare also changing，especially in the choice and application ofmaterials inmechanicaldesign.This paperanalyzes the importance ofmaterialselection and application inmechanicaldesign，the precautions for selectingmaterialsand the precautions in the processofmaterialapplication，and discusses that the correctselection and application ofmaterials inmechanicaldesign can improve thesecurity in actualoperation and help enterprises realizeenergy-savingemission reduction targets in the production.

mechanicaldesign；materialselection and application；important role；precautions

TH122

A

2095-980X（2017）05-0013-02

2017-04-23

王卓宸（1990-），男，主要研究方向：工程机械。