機械設計中的材料選擇及應用研究

孫勇

摘 要：隨著經濟的飛速發展，我國工業也步入了高速發展的快車道，人們對于機械產品設計有了更高的要求，優秀的設計理念必須通過良好的材料來實現。因此，機械設計中材料的選擇和應用成為人們關注的焦點。如何在確保機械產品正常使用性能的情況下，避免材料的浪費、使用節能環保材料，成為當前機械行業研究的重點。對此，文章進行了深入的分析和探討。

關鍵詞：機械設計；材料選擇；應用

引言

當前，全球經濟一體化進程不斷加快，城市化建設規模也持續擴大。機械行業已經成為推動國民經濟飛速發展的支柱性產業，在社會發展中具有舉足輕重的地位。保護生態環境，推動社會的可持續發展成為當今社會的主題。機械行業也不例外，人們對于機械設計中材料的選擇與應用提出了更高的要求，機械設計人員在進行產品設計時，不僅要確保所采用的材料能夠滿足機械施工作業的基本需求，還要確保材料選擇的經濟性、環保性和節能性。

1 機械設計中材料的選擇和應用分析

經濟的飛速發展，在推動生產力進一步提高的同時，也引發了環境、資源等諸多的社會問題，我國幅員遼闊，地大物博，然而人均資源占有量卻并不豐富，加之經過多年來的大量開發，很多機械設計中所需要的重要的資源已經日益減少。在市場競爭的影響下，資源逐漸變得具有不穩定性，這就更加引發了機械制造的材料成本的增高，機械材料的應用空間也進一步被壓縮。面對日益嚴峻的形勢，為了擺脫材料缺少帶來的機械制造業的困境，提高機械效率，延長機械使用壽命，在機械設計材料選擇上，必須進行更加深入的研究。同時，以保護生態環境、推動可持續發展為目標，選擇綠色節能、無污染的材料。

2 材料選擇和應用在機械設計中的注意事項

2.1 滿足機械零件應用的要求

通過多年的研究和實踐可知，對于機械零件來說，其承受的外載荷是造成的零件失效的主要原因。因此，在進行機械設計的材料選擇時，必須綜合考慮材料的載荷性能以及在工作中零件所需要承受的外載荷的大小和特征。并以此作為選擇材料和進行可靠性設計的標準。零件在載荷的作用下，會發生彎曲或扭曲現象，這種變形有時候是可以恢復，有時則是永久性的，產生不可逆的彎曲、拉伸或壓縮變形。為了避免材料產生變形，確保零件的實用性，通?？梢赃x擇各部分性能比較均勻的材料來制造零件，此外，也可以運用特殊的加工方式來改善材料的抗變形的性能。如用中碳鋼調質或低碳鋼滲碳的加工方式對其進行加工，進而提高材料的性能指標。

2.2 滿足經濟性的要求

當前，機械設計所需材料相當缺乏，然而隨著經濟的發展，社會的進步，機械工業也蓬勃發展起來，對于機械材料的需求量也與日俱增。面對如此多的需求，確保材料的經濟性，就成為機械設計工作中必須要考慮的問題。既不能造成材料用量的浪費，也不能造成在材料性能方面的浪費。例如，在確定選用何種材料以及材料的硬度時，需要根據零部件尺寸以及零部件心部的強度等進行確定，材料的用量滿足零件的機械性能即可，無需采用過多的材料而造成機械制造成本的增加。如果有效截面面積小于50mm，就可以選用20Cr；如果截面面積為50～150mm，且重量小于50千克，則可以選擇20Crmnti等。諸如此類，通過改進和優化設計中對于材料的選擇，就能夠避免浪費，節約成本。

2.3 滿足環保性的要求

工業垃圾、廢料垃圾、白色污染，這些在很多年前人們所不知道的名詞，現在已成為全世界廣泛關注的話題，環境污染問題已成為當前亟待解決的重要問題之一，而解決這一問題的有效途徑，就是促進環保，保護生態平衡，推動可持續發展。機械設計人員也是任重道遠，在進行機械設計時，對于材料的選擇更需要多進行研究、謹慎選擇。設計是生產的開端，生產取決于設計，為了追求更高的經濟效益而以犧牲環境作為代價，是得不償失的。環境保護問題是關系到人類發展和生存的重大問題，作為設計人員，在進行設計時必須以堅持環保為原則，重視材料選擇和應用的環保性。

3 機械設計中材料選擇的重點問題

材料是機械設計理念得以實現的物質基礎，材料的選擇也是機械設計工作的重點內容。在進行材料的選擇時，必須兼顧材料的各種性能，根據機械設計中對于零部件的工作性能的要求，進行優化設計。首先要使材料滿足機械部件在運行過程中各種機械性能、物理性能以及化學性能的要求，在此基礎上，還要兼顧機械生產與加工過程中的可操作性、經濟性、安全性。

4 機械設計材料的選擇原則

4.1 載荷應力大小和性質

這方面的因素主要是從強度觀點來考慮，在充分了解材料的力學性能的前提下來進行選擇。脆性材料原則上只適用于只在靜載荷下工作的零件。在多少有些沖擊的情況下，應以塑性材料作為主要使用的材料。金屬材料的性能一般可通過熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來發揮材料的潛力。對于最常用的調質鋼，由于其回火溫度的不同，可得到力學性能不同的毛坯。

4.2 機械的工作情況

工作溫度對材料選擇的影響，一方面要考慮互相配合的兩零件的材料的線膨脹系數不能相差過大，以免在溫度變化時產生過大的應力，或者是配合松動；另一方面也要考慮材料的力學性能隨溫度而改變的情況。

4.3 零件的復雜程度及材料加工可能性

結構復雜的零件宜選用鑄造毛坯，或用板材沖壓出元件后再經焊接而成。結構簡單的零件可用鍛造法制取毛坯。

5 機械設計中材料應用工作的重點分析

在進行機械設計過程中，除了要確保材料選擇的科學性和合理性，還要注重材料應用工作的經濟性和環保性，材料應用工作是材料選擇工作的體現和拓展。在機械設計中，材料應用的工作同樣具有著不可替代的重要地位?？梢哉f，材料選擇工作關注的是合理性的要求，而材料應用工作的重心則在于經濟性和環保性。如何在確保零件實用性的條件下，正確處理材料選擇工作和材料應用工作的關系，達到兩者的協調和統一，使材料兼具經濟性、可操作性、節能環保性，是當前機械設計行業以及機械設計工作者必須面對和解決的重要課題，也是機械生產與加工行業蓬勃發展的必然選擇。

5.1 材料應用工作是適用性與經濟性的統一

設計人員需要明確一點，適用性與經濟性的統一是當前在機械設計材料應用工作中首先要考慮的問題之一。

5.2 材料應用工作是環保性與節能性的統一

時代的發展、社會的進步，賦予了機械設計人員新的歷史使命，對其提出了更高的要求。在當今生態經濟社會建設發展過程中，可持續發展的觀念深入人心，為了保護人類賴以生存的環境，必須把環保與節能作為機械設計材料應用工作的重心。人類所擁有的原材料并非取之不盡用之不竭的，而是隨著需求和消耗而逐漸減少，有些材料甚至是不可才生的。最終勢必會給機械設計材料的選擇與應用工作埋下嚴重的隱患，加強材料應用工作中節能型與環保性的統一勢在必行。關注機械設計材料應用階段的節能環保，不僅可以有效節約原材料和成本，減少不必要的能源耗費。與此同時，廣泛的創新空間還能夠滿足機械設計中材料應用環節的環保性要求。

參考文獻

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