淺析化工機械設計中材料的選擇和應用

時培玉(黑龍江省龍鳳區大慶石化公司化工二廠，黑龍江 大慶 163714)

1 材料的選擇

1.1 載荷型

機械設計過程中,通常在選材上可以將材料的載荷性能歸結為兩個方面:一是當零部件在外載荷力的作用下出現扭轉時,其中應力大多集中在材料表層,這就表明,材料表面的性能直接決定著零部件間的控制效果。所以在機械設計材料選擇上,如果機械材料需要承受載荷力,就可以選擇低碳鋼滲碳或者是中碳鋼調質的方式對材料進行加工。通過此種材料的選擇和加工方式能夠確保產品的質量。二是對一些能夠承受壓縮或者是拉伸作用的材料,由于外載荷力作用到零件的橫截面,使橫截面的應力比較均衡,所以這就需要在機械材料的設計中,選擇一些性能分布均勻的材料,保障在機械設計的加工、生產等環節中能夠對材料進行高效的作業。

1.2 碳素鋼與合金鋼型

在機械設計過程中,碳素鋼是一種比較常用的材料,因為碳素鋼的價格比較經濟,加工的工藝性穩定因而被廣泛運用。但是碳素的韌性和強度比較差,中等以上形狀的材料不能被完全淬透,這在一定程度上影響了對碳素鋼的使用。因此,可以在碳素鋼中加入合金,進而形成一種新的材料,即合金鋼。機械設計中合金鋼的淬透性、韌性、強度得到了很大的提高,并且由于合金的加入也提高了合金鋼的耐磨性。然而只有在零件的橫截面較大、材料外載荷應力較大以及需要對材料進行淬透的情況下才能夠使用合金鋼,而其他情況一般應當選擇碳素鋼。

1.3 可回收和循環利用型

在機械制造領域內,金屬材料的種類非常多,鋼材就有100多種。導致在機械設計中,很難對材料進行分類,進而加大了回收利用的難度。因此機械設計的材料選擇過程中，可以選擇一些單一的合金系制作零部件,以有效提高對合金的回收和循環利用效率。

2 材料的運用

2.1 使經濟性與實用性相結合

材料運用的經濟性與實用性統一是機械設計中必須首先要考慮的問題。在材料運用的過程中應當注意兩個方面的內容:一是在機械設計中材料的運用應以零部件的加工工藝為標準。機械加工中不同的加工技術,如切削工藝、鑄造工藝、焊機工藝以及熱處理工藝等技術對于材料的運用要求是不同的。切削工藝要求材料的應用應當符合切削作業的可操作性特征;鑄造工藝要求材料的應用應當向高吸氣、高收縮、高流動方向轉變;焊接工藝要求材料的應用必須要體現出冷墩性和沖壓性的特點;而熱處理工藝則要求材料的應用應當符合氧化脫碳性、敏感性、淬透性等特征。二是強調材料應用中的經濟性。機械設計過程中,在保障各零部件材料都能夠符合各種加工工藝要求的前提下,應當合理地對機械材料的加工成本進行控制,然而為了實現材料應用的經濟性,可以根據機械設計企業的自身發展水平,最大限度地對加工工藝和零部件的生產方式進行合理的控制。

2.2 參照零件的制作工藝

在進行機械生產或是加工生產的時候，許多的加工技術對于材料的要求是不一樣的。就比如說鑄造工業就要求機械設計的材料要具備高流動、高收縮、高吸氣的特點；焊接工藝卻是需要考慮沖壓和冷鐓的特性是否良好；熱處理工藝要在溫度過高的時候，材料具備敏感性，在進行氧化的時候會脫碳；切削工藝又需要材料能夠便于切削。在機械設計中，運用材料要參考機械材料零件的制作工藝。零件是組成機械最基本的載體，在進行零件選擇的時候，一定要保障其在工作的環境下也能正常保持工作能力，也要考慮到零件的成本不能過高。工作能力是說零件要保持其持久的工作效力，也被稱之為承受能力。零件不管在什么條件之下，一旦失去了工作能力就是失效。零件在進行設計的時候不僅要考慮到零件要具備足夠的工作能力，還要在選擇材料的時候盡量降低成本。零件也要保障制作工藝，盡量減少經濟支出，零件的類型盡量能通俗化、標準化，將設計程序盡量簡單化來降低生產成本。

2.3 做好防腐保護

在防腐的時候，首先要從工藝上進行一些有助于防腐的設計。有時候機械設備的形狀非常復雜，這就會導致一些如積塵一般明顯的缺陷。平時看不出來，但很快這些地方就會被優先腐蝕。因此，為了避免這種現象，在進行化工設備的組合設計的時候，就要考慮到以下幾個問題：

(1)設備的結構盡量簡單化。

一切零件都盡量運用一種材質的金屬，零件組合的時候也盡量不要留下縫隙；

(2)涂抹防銹漆。

設備的表面要涂抹質量較好的防銹漆，這也是比較關鍵的一環，好的防銹漆可以起到隔離空氣和水汽的效果。在這里，還要注意設備的結構有時也會對防銹漆的涂抹產生一定的影響。也就是說，設備組合復雜的情況下，防銹漆的涂抹也會出現困難；

(3)確保不存在水汽淤積現象。

在進行設備設計的時候，盡量不要給水汽留下任何淤積的可能。也就是說，設計過程中，不要出現凹孔。有的設備必須出現，則應該設置一個排水系統；

(4)保證工作的連貫性。

化工設備在進行焊接的時候，一定喲盡量連續不中斷，在連接的過程中也要避免各種質量上的缺陷。如果發生了缺陷，很有可能就從缺陷點這兒產生新的腐蝕現象；

(5)合理化的防腐處理。

因為設備的縫隙處是最容易被腐蝕的，因此對設備各個零件結合的地方要進行一些合理化的防腐處理。可以采取雙面連續對接焊的方式讓焊接的質量更高，這樣也可以有效地避免縫隙處發生腐蝕。

腐蝕在化工設備中并不罕見，化工設備在日常的工作中，經常與空氣和水汽接觸，發生化學反應后就會呈現出腐蝕的現象，而后就會對化工設備產生很大的危害。如果化工設備受到了腐蝕，其外表的色澤就會發生改變，內部性能也會受到一定的影響，而后設備的使用壽命縮短，工作效率下降，就會影響到整個化工工程的進度，影響化工企業的收益。因此，對化工設備腐蝕的研究是非常有必要的。在進行化工設備的結構設計的時候，要根據設備工作時候運行的效果以及應該具備的特點做到以下幾點：第一，產品的結構應該具備耐腐蝕的特點，因為這是化工產品的生產要求；第二，化工設備工作的時候要盡量保證穩定流暢，不能因為部分零件被腐蝕導致整個的工作效率下降，不要讓腐蝕大量積累，否則只會越積越多；第三，設備運行也要關注外力的保護作用，防止產生新一輪的腐蝕。

2.4 強調節能性和環保性

近些年來，我國的經濟正在騰飛，快速增長的經濟也帶動了資源的大量消耗。而用于機械方面的材料很多都被開采殆盡，有些資源已經是極其稀少。這時候，我們在進行機械設備的材料選擇時，要更多地考慮到對環境的保護，也要考慮到成本的輸出。在進行機械設備設計的時候，注意環保和節能也是為了實現可持續發展。如果一味地追求經濟的快速發展，對那些不可再生資源大力地開采利用只會給未來的化工生產埋下更多的禍根，所以說，化工設備所選用的材料是否可以達到環保和節能的效果也是我們下一步研究的熱點問題。就比如說機械設計鑄件的環節，剛開始設計的5%的資金投入將決定以后生產中80%的資金投入。所以，在進行化工設備設計選擇材料的時候，要考慮現階段的節能與環保問題，有效地節約不可再生資源，節約成本，千萬不要產生無效的浪費。

3 結語

工業發展離不開化工機械設備，保證其正常運行是工程項目的正常生產和運作的前提與關鍵。而化工機械設備又離不開化工機械的設計，作為機械設計最關鍵的內容之一，材料選擇的質量的好壞將直接關系到整個機械設計工作質量的好壞，因此要倍加注意，以保證機械設備的正常運行。

[1]趙秀敏.機械設計中的材料的選擇和應用[J].科技風，2011.

[2]孫黎明.計算機輔助工程在機械設計中的應用[J].硅谷，2013.

[3]索春英.淺談自動化技術在機械設計中的應用[J].價值工程，2014.