基于機械設計中材料的選擇和使用分析

劉秀霞

摘要：在進行機械設計時需要謹慎的選擇材料并對其進行合理的應用，材料的使用既要達到機械設計的要求，而且還要考慮當前對于環保以及節能的要求。本篇文章則主要是簡要的分析了機械設計過程中對于材料選擇和合理利用。

關鍵詞：機械設計；材料使用；選擇；分析

1.機械設計中材料選擇的重要作用

由于我國經濟的快速發展，使得我國對于機械的需求量持續增加，同時也造成了我國的材料出現了短缺。材料則是實現機械設計與生產的基礎，因此為了實現我國機械行業的持續穩定發展就需要確保我國的材料供應能夠滿足需求，而且這也是保證機械設計行業不斷地發展基本要素。所以，在如今的形勢下，我們需要加強對機械材料的選擇力度。不僅要確保材料的合適、實用，而且還要確保資源的節約和環境的保護，除此之外還要考慮材料的環保性以及經濟性。只有材料的選擇能夠很好的完成，才能夠不斷的促進我國機械設計行業持續健康發展。

2.機械設計過程中材料選擇和合理使用所要注意的方面

2.1確保材料對人體不會造成傷害

對于機械的設計過程中所選擇的材料多種多樣，而且有很大一部分的材料還含有一定的有害元素能夠對人體造成傷害，嚴重的還會造成生態環境的破壞。各種合金元素在都含有一定的 Cr+6 游離離子，能夠嚴重的危害人體健康，除此之外像 As、Ni 等同樣對也會危害人類的健康。如果這些材料被隨意的丟棄和報廢，就會造成嚴重的水源以及土壤污染，嚴重的威脅人類以及生態環境的安全。例如在Sn- Pb 合金中含有37%的Pb，這種合金通常用于集成電路中，如果電路板無法使用后就會被廢棄，而且這種材料也無法有效的進行回收，一般的處理方法則是進行填埋。由于Pb非常容易融到水中，這就會對生物鏈造成嚴重的威脅。因此在選擇類似的材料時必須要謹慎，防止給人類造成嚴重的危害。

2.2選擇方便回收和可循環利用的材料

由于機械的設計和制造過程中要用到各種種類的金屬，而且僅僅鋼就高達上百種。由于回收過程中各種廢棄材料會集中在一起，因此就會增加回收的難度，同時也使得其再循環利用更加困難。所以，為了實現金屬廢料的有效循環和合理利用，最好的辦法就是選擇統一系的金屬進行零件的制造，這樣就能夠減少合金系的種類，降低環境壓力，提高合金的循環利用率。

2.3堅持使用性的要求

在進行材料選擇是首先要考慮的就是材料的使用性，這樣不僅能夠確保材料的質量，而且能夠保證材料良好的性能。零件之間存在差異，因此對于選材的要求也是各不相同的。所以，在對材料進行選擇時，需要制定不同的選材方法來滿足不同零件的需求，并且還要對零件的使用性能進行全方位的了解。

2.4選擇適當的材料載荷類型

根據相關的試驗以及大量的調查來看，多數零件出現失效的主要原因則是由于材料的外載荷無法滿足要求，通過提高零部件的應用性能能夠有效的增強其應用價值。零部件的外載荷性能以及抑制失效之間存在一定的矛盾性，所以，在材料選擇時，就要將荷載性能作為材料選擇的主要參考。材料的載荷性能主要有：①如果零件承受的主要是拉伸或者壓縮力，這樣就會在零件的界面布滿外載荷力，因此機械設計時就需要性能均勻分布的材料。高碳鋼材料通常比較脆，因此就比較易折。根據這些年的調查和研究可以知道，對彈性零件通過淬火強韌處理也能夠使低碳鋼成為良好的材料。②如果零件承受比較大的外載荷力就會出現一定的變形和扭曲，這樣就會使得零件表層承受較大的應力，因此在抑制零部件的時效性時，材料的表層性能則是主要的方面。這樣制作和生產的零件能夠具有較高的品質。所以，在選材時一定要恰當而且還要結合先進的技術對其進行處理。

3.對于機械設計過程中材料的選擇以及使用的手段進行探析

3.1材料選擇以及表面硬化技術的應用

在進行機械設計時通常要對金屬材料進行相應的表面硬化處理，這樣不僅能夠增強材料的耐磨性和耐腐蝕性。在對金屬材料進行表面處理時通常選擇滲碳技術等來實現。

滲碳技術的應用主要是通過在滲碳爐中對鋼材進行淬火來增強其表面的碳含量處于規定的范圍，從而使得金屬材料能夠滿足設計的要求，然后通過低溫回火的方式來對其組織結構進行強化。滲碳技術的使用主要是針對滲碳鋼進行的，通常可以在設計時進行材料的選定，但是要避免材料的浪費，節約成本。

3.2氮化處理技術

通常，氮化技術可以對各種鋼材進行處理， 45型號的氮化鋼則是經常使用的，如圖1.而且氮化技術的實現也是在氮化爐中完成的，淡化技術的具有變形量小的特點，而且處理完成后不需要進行其他的加工。通常根據材料的質量來確定氮化硬度，因此就需要確保各種材料在處理時盡量的進行氮化處理，這主要是由于氮化層對于材料有很多的好處，因此就無需進行通過二次處理進行消除。另外還可以通過局部淡化技術來實現材料的局部處理，處理完成后去除其余部分的保護層。運用氮化技術進行材料處理能夠將變形量控制在較小的范圍而且其能夠形成比較薄的硬化層， 將氮化技術與調質技術進行有效的結合，其所達到的效果更佳。

圖1 為氮化處理技術

總而言之，機械設計時需要合理的選擇材料，不僅要考慮其適用性和經濟性還要保證其能夠滿足環保是要求，只有這樣才能夠保證機械設計行業的健康持續發展。

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