关于机械工程中材料选用分析

周建阳

摘 要：伴随着城市化建设进程的加快，我国机械工程呈现出前所未有的发展，这不但体现在机械设计理念上，还体现在材料优化、制造工艺上。为减少材料损耗，节约施工成本，必须合理选用机械工程材料。本文首先分析了机械工程中材料的选用原则，然后分析了材料的选用步骤和方法。

关键词：机械工程；材料；原则；步骤；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.046

0 引言

机械设备的设计、维修、制造和防制都和工程材料有着密不可分的关系，而且工程材料又是机械中的重要成分，合理选用材料，在节约机械成本、提高经济效益上意义重大。因此，如何在各种材料中选用保证质量、安全性高的材料是当前急需解决的问题。下面，笔者结合工作经验，从以下几点探讨机械工程的材料选用。

1 机械工程中材料的选用原则

机械工程中材料的选用原则为：根据工作条件明确材料的性能要求，这是选用材料的出发点；其次是考虑材料的工艺性，最后考虑其经济性，尽量用最低的成本制造出质量合格的产品。

1.1 使用原则

所谓的使用原则也就是选用材料制作出的机械是否能保证使用性能，多指机械零件在正常情况下所具备的性能，如化学性能、物理性能等。一般来讲，机械零件的使用性能是材料选择时需考虑的重点，也是保证机械能安全使用的关键，不同零件的材料性能也不同，有的要求材料硬度高，有的则要求耐磨性、强度高，甚至有的只要保证外表符合要求即可。因此，必须综合考量零件的使用性能，而一般零件则要考虑力学性能。

1.2 经济性原则

简单来说，经济性指的是材料是否容易获得，加工生产形成零件后的成本是否低廉，从而形成市场竞争优势。满足经济性原则的材料，一是货源充足易得，二是加工流程简单，三是产品价格低廉。结合实际生产活动，在满足性能质量的前提下，应该选用价格较低的材料类型，例如：能用碳素钢，不用合金钢；能用低合金钢，不用高合金钢。此外，以前瞻性的眼光来看，部分材料虽然成本费用高，但是后期养护成本低，且材料使用寿命长，一定程度上提高了经济效益。以柴油机连杆和曲柄为例，质量好坏直接影响机器的寿命和性能，使用低价劣质材料一旦零件失效，就会引起机械损坏。

1.3 工艺性原则

工艺性，指的是材料经设计制造后，能顺利加工成零件。在实际生产中，部分材料的性能质量满足生产要求，但是加工制造难度大、成本高，这种材料的工艺性就比较差。总结来看，材料工艺性能的好坏，决定了加工难度高低，影响车间生产效率和成本造价，提示工作人员加强注意。

需格外注意，在选用高分子的材料时，除要考虑上述原则外，还要考虑周围光、油、温度等因素对材料性能的影响。

2 機械工程中材料的选用步骤和方法

2.1 选用步骤

机械工程材料的选择，不仅重要而且流程复杂，基本步骤如下：第一步，分析零件加工对材料的性能要求，明确零件的各项加工参数，例如刚度、强度、尺寸、稳定性等。第二步，确定可选材料的种类，一般分为金属、陶瓷、高分子、复合材料四个类型。通过对比不同材料的性能，从而确定最优选材。第三步，确定材料后，综合评价材料的性能质量，包括外观、强度、可塑性等。第四步，选择材料样本，进行检测和试验，确保满足加工生产需求，避免影响实际生产，导致成本增加、效率降低。

2.2 选用方法

2.2.1 综合分析材料的性能指标，全面考量选用原则

在机械工程中，大多数的机械零件是在各种应力作用下开展工作的，而且每个零件的受力情况也不一样。因此，材料选用期间应将性能要求作为依据，综合分析零件磨损、强度、耐腐蚀性、刚度等指标。例如，零件性能应考虑应力种类、受载状态等，对于基础的齿轮而言，由于表面受到的接触应力比较大，所以需选用能够进行局部强化的材料，保证表面性能满足需求。对于蜗杆传动而言，由于点面间的滑动系数大，极易出现齿面胶合、磨损情况。为从根本上减小磨损，提高传动效率，除要保证其润滑度外，还要对蜗轮的综合性能提出严格要求。由此可见，在对材料进行选择时，不能侧重于某方面，忽视另一方面，必须全面考量材料性能，在满足力学需求的情况下对经济性、公益性进行考虑。

2.2.2 结合典型零件，类比分析选用方法

第一，箱体类零件。在机械工程中，常见的箱体类零件结构复杂，加工要求高、工作量大。箱体材料、结构的选择，在减少成本、提高产品质量上具有重要作用。由于铸铁价格低、易成形、耐磨性好，故而箱体零件多使用铸铁。若情况特殊，也可选用其他材料减轻箱体重量。

第二，金属材料。金属材料分为黑色金属、有色金属两种，其破坏形式为变形、磨损、金属腐蚀、断裂等。当前，比较常用的黑色金属为合金钢、碳素钢，有色金属为铜合金、铝合金，形状复杂、质量轻，要求具备力学性能的铸件。由于金属材料具有强度高、硬度高、焊接性能好的特征，故机械制造加工时多选用金属材料。

第三，机床齿轮。对于机床齿轮来讲，在选择材料时必须保证其耐磨性、切削加工性和疲劳强度良好，若使用中碳钢表面淬火至低温回火，可以满足性能要求；如果将低碳钢经由渗碳后淬火至低温回火，也能满足性能要求。

第四，机体类零件。这种零件是机械设备的基本件，设备上的大多零部件都安装在机体上，有的还在导轨上运行。因为其是整个设备的调整基准，各部件位置、运动精度，都和本身的精度有着直接关系。由于各零部件功用不同，其形状也不相同，但是结构存在一定的共性，如重量大、刚性差、尺寸大。

3 小结

综上所述，在对机械工程中的材料进行选用时，要遵循材料的使用原则、工艺性原则和经济性原则，以此保证机械零件的使用性能，减少资源消耗。与此同时，还要根据机械工程实际合理选用材料，充分发挥材料潜能，提高机械零件质量，降低生产成本。

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