機械設計中材料的選擇分析

摘要：隨著我國科技水平的不斷提高，人們對機械設備應用性能與質(zhì)量方面的要求也是越來越高，這種形勢下，機械設計環(huán)節(jié)也更加受到了人們的重視。而設計出一個高性能、高質(zhì)量的機械設備，其與好材料的選擇與應用也離不開關系，因此，在機械設計中提高對材料選擇方面的重視，也是很有必要的。本文便以機械設計材料為研究方向，具體分析機械設計中材料選擇與應用的重要意義，以供相關人員參考所用。

前言

機械設計主要是指根據(jù)使用的要求，對機械的工作原理、結構、運行方式、力和能量的傳遞方式、各零件的材料及形狀尺寸、潤滑方法等內(nèi)容展開構思與綜合性分析，最終將其轉(zhuǎn)化為具體描述，以作為制造依據(jù)的過程。而在機械設計中，材料的選擇也十分重要，若材料選擇不合理、質(zhì)量性能差，將會給后期機械運行的安全穩(wěn)定性造成嚴重影響，因此，在實際的設計過程中，做好機械設計的材料選擇工作也是尤為重要的。

1.機械設計中材料的選擇分析

1.1.碳素鋼與合金鋼材料的合理選擇

在機械設計中材料的選擇方面，碳素鋼與合金鋼材料的選擇與應用是比較普遍的。其中，碳素鋼在實際應用，具有經(jīng)濟性、穩(wěn)定性等優(yōu)點，但其強度與韌性方面稍差一些，基于這種特點，我們在設計時主要針對材料外載荷力及橫截面偏小，無需對材料進行淬透的情況下，優(yōu)先選擇碳素鋼。而針對零件橫截面較大、材料外載荷應力也比較大的情況，為能規(guī)避碳素鋼材料應用的缺陷，我們便可在設計選擇中將碳素鋼加入合金，使其形成一種高強度、高韌性、高淬透性、耐磨性強的材料，并將其合理的應用于機械設計當中。

1.2.可回收循環(huán)利用性材料的合理選擇

在我國推行綠色環(huán)保、節(jié)能降耗理念的當下，于機械設計材料選擇中也融入這種理念也是很有必要的，因此，在材料的選擇方面還應該重視材料的可循環(huán)及可回收利用性。設計人員所選擇的材料應該嚴格遵循綠色、環(huán)保的特點，杜絕選擇污染嚴重或者可能會造成污染的原材料，以便能積極響應國家政策，達到節(jié)約國家資源，緩解資源緊張的局面。此外，在材料的選擇方面，還應該遵循經(jīng)濟性與實用性原則，在保證材料質(zhì)量性能的同時，盡量選擇價格低廉、常見的普通材料，且所選擇的材料一定要完全適合所設計的機械零件，以便能有效的節(jié)約企業(yè)成本，并進一步的提高其經(jīng)濟效益。

1.3.載荷類型材料的合理選擇

通過長期的機械設計實踐發(fā)現(xiàn)，通常機械材料的外載荷性能很容易使機械設計的部分元件失去效用，但機械零部件獨具的性能，卻能夠有效的規(guī)避這種元件失效現(xiàn)象。這種現(xiàn)象下，就會使材料的外載荷性能與失效零部件性能之間的產(chǎn)生矛盾，因此，在機械設計中材料的選擇方面，一定要充分地考慮到此種現(xiàn)象。將材料載荷性能的大小作為機械設計中選材的標準，針對一些能夠承拉伸或壓縮作用的材料，其外載荷力會作用到零件的橫截面，并使橫截面的應力均衡，基于這種現(xiàn)象，我們應該選擇一些性能分布比較均勻的機械材料，以保證設計的合理性以及后期應用時材料能夠達到高效作業(yè)的要求。此外，若是零部件在外載荷力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，其應力大多會集中在材料的表層，由此可見材料表面性能對這些零部件起到了一定程度的控制作用，因此，在機械設計過程中，如果所設計的機械材料要求要承受載荷力，便可選擇中碳鋼調(diào)質(zhì)或低碳鋼滲碳的方式對材料進行加工，最終為促進產(chǎn)品質(zhì)量打好基礎[2]。

2.機械設計中材料的處理應用

在實際的機械設計中，材料的合理處理及應用主要可通過以下幾點來實現(xiàn)：

2.1.滲碳技術。滲碳技術屬于表面化學熱處理技術的一種，在滲碳后再進行淬火處理，可使材料的表面硬度提高至HRC58—65左右。滲碳技術根據(jù)對機械設計中對所選材料的實際要求而決定，保證該技術應用的科學合理性，以避免生產(chǎn)成本的增加。

2.2.氮化處理技術。氮化處理技術應用于機械材料中時，主要是用來提高材料表面的硬度、疲勞強度、耐磨性以及抗蝕性，一般而言，機械設計中的任何鋼材均可以進行氮化處理，但為了控制成本，我們在實際應用，只針對有特殊要求的材料進行氮化處理。

2.3.碳氮共滲技術。碳氮共滲技術也屬于表面化學熱處理技術的一種，其術要是通過對工件表面同時滲氮和滲碳，來達到提高零件表現(xiàn)耐磨性、抗蝕性、疲勞強度和硬度的目的。但值得注意的是，該技術在操作過程中，其所應用的液體氰化含有劇毒，操作人員一定要做好防護處理。

2.4.調(diào)質(zhì)技術。調(diào)質(zhì)技術屬于機械材料最常見的一種熱處理技術，通過調(diào)質(zhì)技術的處理，使機械材料的剛度、強度等綜合性能指標得到大幅提升，最終保證材料在應用過程中，能夠承受住大的沖擊力。

3.結束語

通過以上幾點分析可見，在機械設計中材料的科學、合理選擇是保證后期機械設備能夠高效應用的核心環(huán)節(jié)。因此，相關的設計人員在提高機械設計水平的同時，還應該提高對機械材料選擇與應用的重視，才能為實現(xiàn)機械設備的高效、高質(zhì)、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保打好基礎，并進一步的促進我國機械設計制造行業(yè)的健康、穩(wěn)定、長效發(fā)展。

參考文獻：

[1]安曉寧.綠色設計的機械產(chǎn)品材料選擇相關問題探討[J].機械研究與應用，2011，08（31）：104 105.

[2]陳絨.機械設計中耐磨損材料的選擇與應用[J].湖南農(nóng)機，2013，03（15）：2L

[3]范寶成，等.金屬材料在機械設計中的選擇與應用[J].硅谷，2013，10（08）：3 5.

作者簡介：柴志斌（1982.8），男，助教，碩士研究生在讀，研究方向：機械軟件工程、機械材料等方面。