機械設計中的材料的選擇和應用

摘要：機械設計過程中材料的應用和機械的性能，機械的使用壽命有非常大的關系，而材料的選擇往往是設計師們非常容易忽視的問題，本文重點對機械設計過程中的材料選擇細節進行探討，供相關人員參考。

關鍵詞：機械設計;材料;選擇;應用

1.前言

對于機械制造而言，材料是關系到機械成本和機械利用中非常關鍵的因素，較好的材料不僅能夠延長機械的使用壽命，而且能夠有效的提高機械使用的效率，因此在機械設計的過程中，材料要引起大家的重視。

2.機械設計中的材料的選擇和應用意義

目前，我國的工業化發展十分迅速，由于相關體系不斷的完善，機械設備的使用概率也在不斷的提升，對機械設備的需求量也在不斷的增加，這樣的發展趨勢導致我國的機械材料出現了短缺的現象。材料和機械設備是機械設計以及零件生產的過程中最為基本的元素，對材料提供有效的保證和恰當的使用，已經成為機械設計行業中可以進行可持續發展的重要因素。因此，在面對當前的狀況，一定要將機械設計中使用的材料在選擇方面的工作力度進行有效的加強，不僅要保證機械設計的過程中所采用的材料具有適合性和實用性，還要保證所采用的材料不會造成環境方面的污染以及資源方面的浪費，在選材時對材料的環保性和經濟性要進行充分的考慮。通過不斷的對機械設計材料進行良好的選擇，從而對機械設計行業在未來發展過程中的穩定性起到推動的作用。

3.機械設計常用的材料?

3.1金屬材料

在各類工程材料中，金屬材料（鋼鐵）使用最廣泛。據統計，在機械制造產品中，鋼鐵材料占90%以上。鋼鐵被大量采用，由于它們具有較好的強度、韌性外，價格便宜和容易弄到，而且能滿足多種性能和用途的要求。各類鋼材中，由于合金鋼的性能優良，常常用來制造各種零件。

3.2高分子材料

高分子材料包含三大類，例塑料、合成纖維。高分子材料有很多優點，如原料豐富，可從石油天然氣與煤中提出，或者地區是所需的能耗低;密度小，只有鋼的1/6;適當的溫度范圍內有很好的彈性等。

3.3陶瓷材料

工程結構陶瓷材料，有以氮化硅，碳化硅為主要成分的高溫結構陶瓷，有以氧化鋁為主要成分的刀具結構陶瓷。陶瓷材料的主要特點是：硬度高（硬度大多在1500HV）、耐腐蝕、熔點高、剛度大及密度比鋼鐵低、抗壓強度較高，但抗拉強度較低，塑性和韌性很差等。陶瓷材料常被稱為：“像金剛石一樣硬，像鋁一樣輕”的材料。到目前為止，陶器材料應用于密封件、滾動軸承和切削刀具等結構中，但陶瓷材料的主要不足的是比較脆，斷裂韌度低，價格昂貴加工工藝性能差。

3.4復合材料

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。

4.材料選擇和應用在機械設計中的注意事項?

材料選擇是機械設計的最重要最關鍵的內容之一，關系到整個設計的工作質量。我以為想要做好選擇工作，首先要滿足設計產品的實用性，再次，是經濟性可操作性以及安全性，最后是要符合可持續發展的要求。因此，我認為，在機械設計材料的選擇工作中，由各個方面的工作人員注意。

4.1機械設計中材料選擇滿足機械零件應用要求

實踐說明，機械零件的失效其實最大的原因就是因其外載荷所造成的，而且，這是一個不能避免的矛盾，而且衡量這個矛盾在我們的設計工作中，是用材料載荷性能以及需要的外載荷的大小作為評價指標的。比如：對于載荷可以使得零件彎曲或者扭曲，或者零件會因載荷而彎曲、拉伸與壓縮。我們可以用中碳鋼調質或者低碳鋼滲碳的加工方式對其進行加工，或者選擇材料各個部分性能比較均勻的零部件材料來確保零件的實用性。

4.2機械設計中材料的選擇滿足經濟型

在機械設計中材料的選擇以及應用上，應該注意實用性以及經濟性原則。在對機械設計中的材料選擇上，主要是針對機械的零部件進行合理的設計以及架構，其中鑄造技術以及焊接技術、鍛造技術、粘結固話技術等都是根據材料選擇的不同方面以及不同技術要求來進行的。鑄造技術主要是針對材料的收縮性以及吸氣性質來進行的，鍛造技術主要是針對材料有冷卻系以及冷鐓性的性質，焊接技術主要是針對材料有敏感性，粘結固化技術主要是針對材料有粘結固話性質。只有采取的技術可以滿足材料的這些性質才可以讓材料符合技術性要求。同時，對于機械設計中材料的選擇上還應該注意經濟性，也就是說針對材料的選擇在達到了技術性的要求之后還應該盡量的選擇價格較低的原材料。

4.3機械設計中材料選擇滿足環保性

環境問題已經成為全世界最關注的話題，機械設計中材料的選擇更是要注意到這一點。工業垃圾、白色污染、廢料垃圾，都是設計人員在設計時應該注意的問題。設計是生產的開始。且決定著生產，以環境換取經濟的方式是不可取的。這是關系人類發展與生存的重大問題。作為設計的執行者一定要重視材料選擇與應用的環保性。

5.機械設計中材料的應用?

機械行業中，材料分很多種類，其中性能可加工和應用性也是不盡相同。適合的應用材料，是機械設計中很重要的部分。設計人員不僅僅要對材料了的各個性能與特點了解到位。且要根據不同的設計需求，在這些材料中，選用合適的，甚至是更好的能夠滿足需求的材料。

機械產品的用途不同，其中受到的負載、腐蝕、以及疲勞強度、變形強度時不同的。要充分考慮其用途，以及使用時受到的損壞程度，合理的應用材料，比如在設計模具時，便要考慮材料的可加工性、淬硬性和淬透性、淬火溫度和熱處理變形以及脫碳敏感性等。從而保證模具精度和壽命。

6.結束語

總之，在機械設計的過程中，材料的運用是關系到機械是否能夠正常使用的關鍵，因此在進行設計的同時，要注意上述所描述的問題，同時也要注意具體問題具體對待，這樣能夠提高設計過程中的效率。

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作者簡介：

劉翔（1991.08.21-），本科，邵陽學院機械系。