机械设计中金属材料的选择与应用研究

林赫超

摘要：众所周知，金属材料直接影响着机械产品生产、制造和使用中的效果，选择金属材料是机械设计的重要环节，设计人员需要根据机械产品的使用情况、金属材料的特性合理地选择材料种类，在降低机械产品成本的同时，尽可能地提升机械产品的性能。因此，文章将探讨机械设计中金属材料选择的原则，并提出机械设计中金属材料应用技术手段，旨在为相关技术工作者提供有价值的参考和建议。

关键词：机械设计;金属材料;选择与应用

近年来，随着城镇化和工业化進程的持续加快，机械行业是推动工业发展的重要力量，机械设计是机械制造的首要环节，在机械设计的过程中，设计人员需要选择合理的金属材料，才能有效地提升机械产品的质量，进而提高机械行业的发展水平。在金属材料的选择与应用的过程中，设计人员需要根据载荷、使用环境和经济性等多方面因素来选择金属材料，唯有选择了合理的金属材料，才能保障机械产品的质量。由于金属材料的种类繁多，每一种金属材料有着特殊的性能，机械设计人员需要掌握金属材料的分类、性能，从经济、低碳、环保的角度出发，选择高性能、低污染的金属材料，并将其应用到机械设计工作中，从而促进机械设计和制造的顺利进行。

一、机械设计中金属材料的选择原则

金属材料是机械设计中普遍使用的一种材料，而且在机械行业得到了普遍应用，金属材料的选择也是机械设计的重要工作，更是机械设计的重点。笔者认为，在机械设计中，选择金属材料时需要遵循以下三个方面的原则：

首先，载荷大小。所谓载荷，即是指力的一种表现形式，也就是针对物体施加一定的力，使得物体的表面和结构产生一定的形变。不同的金属材料，对于外力的承受能力也不相同，若是在机械设计中选择了不合理的材料，很可能出现外力大于载荷的情况，这样就直接降低了机械产品的使用性能，影响着产品的使用质量，甚至会发生安全事故。因此，在机械设计的过程中，设计人员需要考虑到机械产品制造和使用过程中的受力情况，并对金属材料的载荷进行计算，从而选择出合理的材料，保证机械产品的质量。

其次，工作环境。毋庸置疑，工作环境直接影响着金属材料的使用，不同的工作环境需要不同的金属材料，如机械产品长期在湿热的环境下工作，金属材料的表面很可能会发生腐蚀的现象，在机械设计的过程中，设计人员便需要选择抗腐蚀性强的金属材料，从而增强机械产品的稳定性。

最后，零件尺寸。在实际的机械设计工作中，尺寸是非常重要的内容，特别是对于精密机械而言，甚至精准度达到了纳米级别，设计人员需要考虑到机械产品的加工性，并从理论的角度对零件尺寸进行计算，选择合理的材料，从而保障零件加工的顺利性。另外。在针对零件尺寸进行设计时，我们需要以现场的实际加工情况为基础，在相同性能的情况下，尽可能地选择有利于加工且环保、低碳、经济性强的材料。

二、机械设计中金属材料的具体应用

1. 渗碳处理

渗碳是常见的金属材料热处理方式，通过提升材料表面的碳浓度，有效地增强材料的韧性，提升机械产品的使用性能。在实际的机械设计工作中，金属材料若不经过热处理工艺，难以达到设计的要求，而经过渗碳处理，则可以提高金属材料的性能，进一步满足机械产品的使用要求。技术人员在机械设计的过程中，需要结合机械产品的性质和尺寸，确定渗碳的深度及其浓度，如针对截面尺寸小于50mm的零件，我们使用20Cr材料，并对这一材料采取渗碳处理即可，很好地保证了机械产品的性能，针对界面尺寸在50mm—150mm范围内的机械零件，可以选择20MnTi这一金属材料，并对其采取渗碳处理，提高机械产品的韧性和塑性。另外，渗碳处理作为非常重要的热处理工艺，碳浓度与产品性能并不是呈现出正比的关系，若是机械产品的韧性和塑性满足使用要求，就不需要进行渗碳处理。

2. 氮化处理

氮化处理也是常见的热处理工艺，也就是在机械零件的表面加入氮原子，从而增强机械零件的耐磨性，同时也具有抗腐蚀性的良好作用，氮化处理在模具制造、机械工程设备制造等方面得到了广泛应用。一般情况下，机械设计人员会选择45#钢、40Cr等氮化钢，氮化需要在特定的环境和空间内进行，常见的便是氮化炉，在处理的过程中，对机械零件的形态影响较小，机械零件在氮化处理后，便可以安装在机械设备中，不需要测量机械零件的尺寸和相关性能，有着很高的经济性。与此同时，技术人员在机械设计时，需要根据机械零件的具体状况，对机械零件实施一次性氮化处理，并计算出氮化处理的面积，针对不需要氮化处理的部位，一定要做好防护，避免多次处理和不必要的处理。

3. 表面淬火

淬火是成本低、应用广泛的热处理方式，有着工艺简单、易于控制的显著特点，在提升金属材料耐磨性方面有着很大的积极作用。表面淬火是机械设计中金属材料常见的应用方式，经过表面淬火的机械零件，疲劳强度会得到很大的改善，在实际进行表面淬火时，技术人员需要遵循一定的技术要求，特别是表面淬火区域的起始点与终结点处于参与拉应力的情况下，若是没有掌握科学的技术方式，则会降低机械零件的疲劳强度。在机械设计的过程中，设计人员需要尽可能地避免残余应力停留在轴的过渡圆角和齿根等位置，针对机械零件相互配合的部位，需要采取表面淬火的方式，降低参与应力对机械产品使用过程带来的影响，提高机械产品的性能。

三、结论

总而言之，机械行业是促进工业发展的重要因素，金属材料对于机械产品的性能有着直接的影响，设计人员在机械设计工作中，需要根据载荷大小、工作环境和机械零件的尺寸选择材料，合理地采用热处理工艺方式，增强机械零件的性能，从而设计和制造出高质量的机械产品。

参考文献

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