機械設計中的材料的選擇和應用分析

胡　燁　賈耀曾

（漯河職業技術學院，漯河462002）

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機械設計中的材料的選擇和應用分析

胡燁賈耀曾

（漯河職業技術學院，漯河462002）

摘要：本文針對機械設計中材料選擇和應用分析，以期為機械設計材料的發展提供一定的參考價值。

關鍵詞：機械設計材料選擇材料應用

引言

近幾年，我國城市化進程不斷加快，機械行業作為我國城市建設的中堅力量，其發展水平受到很多人的關注。在機械行業當中，機械設計材料的選擇和應用是非常重要的，它對機械行業的整體發展水平有著至關重要的作用。因此，在我國未來的發展過程中，機械設計中的材料選擇會對我國的經濟效益以及社會效益產生較大的影響，進一步研究機械設計中材料選擇和應用問題，對于機械行業的發展有著重要的作用。

1 機械設計選材的重要意義

城市化進程的加快，有效提升了機械行業在國民經濟發展當中所占的地位。機械工程的快速發展促進了經濟效益的提升，也給我國的國民經濟發展帶來很大的行業保障。但機械行業的快速發展所帶來的問題是機械工程材料的嚴重損耗，現階段很多機械設計材料消耗過度，已經不能供應機械設計的可持續加工［1］。從科學發展觀角度來看，有效實現機械設計材料的綠色環保性以及經濟性是非常必要的。

有很多學者指出，在進行機械設計選材時，要充分重視材料選擇的合理性，要利用好每一份的機械設計原材料，要對機械設計的結構和功能進行綜合性的評價，同時要結合現代材料資源的現狀，合理選擇機械設計材料，從而實現機械工程的應用性發展，這也使得機械設計時材料選擇和應用過程當中所重視的每個要素成為將來實現機械工程可持續性發展的一個關鍵。

2 在機械工程設計中設計材料的選擇和應用要求

（1）根據使用性要求選擇材料。在機械設計的材料選擇和應用過程當中，使用性是其最基本的要求，所以在進行機械設計的過程當中要根據零件的不同性能和使用要求來進行材料的選擇。例如，有的零件會對強度有較大的要求，而有的零件會對耐磨性或者是美觀性有很大的要求，所以實際的機械設計當中要加以區分，科學地進行材料的選擇［2］。本文列出了常用的鑄鐵和鋼材的特性以及應用，如表1和表2所示：

（2）對材料載荷水平的選擇。在機械設計的選材過程當中，由于很多材料會因為載荷水平較低而導致機械零件失去了原有的功用，所以材料的載荷水平在機械設計的選材過程當中是非常重要的［3］。在機械設計的過程當中，要先對所用材料的載荷水平進行有效的評估，優先選擇那些載荷水平高的材料，然后在根據實際情況選擇材料后期處理的方法，從而有效提高材料的載荷水平。例如，可以對低碳鋼進行滲碳處理，對中碳鋼進行調質處理等。

表1 常用鑄鐵特性及應用

表2 常用鋼材特性及用途

（3）材料盡量實現無害化。在機械設計的過程中，很多材料當中會含有很多的對人體不利的元素，例如砷、鉛、六價鉻、鎳等元素都不利于人體的健康，即使在材料的加工過程當中進行很好的防護措施也不能避免這些元素隨著其廢棄物排放到環境當中而污染環境，環境受到污染之后會在生物體內加以累計，進而影響人體健康，所以在進行機械設計的選材時要加以注意。

（4）優先選擇可循環利用性好的材料。在機械設計的過程當中所選用的材料很多都是金屬的，而不同的零件由于使用要求不同，其使用的金屬材料的種類也會有所不同，有時為了實現材料的某種性能要求，還會將很多種類的金屬混合在一起形成合金材料，再加以使用，這樣做雖然能實現機械材料的使用要求，但一旦機械報廢，就會增加這些金屬材料的回收難度，也會進一步增加回收的成本［4］。所以為了是吸納廢物的資源化，在機械設計的過程當中要充分考慮所選材料的可循環利用性，例如，在金屬材料的選擇方面要選用那些單一的合金材料，而且要優先選擇合成金屬種類少的合金材料。

（5）盡量選擇低耗能和低污染材料。所謂低耗能和低污染不只是材料本身生產過程當中的低耗能和低污染，還包括材料在加工應用的工藝過程中的低能耗和低污染［5］。對于材料本身生產過程而言，選擇環保型材料作為原材料是最佳的選擇，而對于材料在加工應用的工藝過程來講，即使材料是低耗能和低污染的，但也會在加工過程中由于工藝原因而產生很多的污染物和能耗，所以在加工時要注意盡量選擇那些不需熱處理就可達到使用要求的材料，若不能避免對材料進行熱處理，要優先選擇那些熱處理工序較少的材料。

3 在機械工程設計中設計材料的選擇和應用應注意的事項

（1）注重選材的經濟性與適用性。在進行機械設計的材料選擇和應用時最為關心的就是材料的經濟性和適用性。機械設計人員要綜合分析機械設計過程當中所涉及到的生產工藝、焊接工藝、裝配工藝以及鑄造工藝等，同時要結合實際的設計要求來選擇那些高質量而低價值的經濟適用性的原材料，進而在最大程度上利用材料的使用價值，有效保證機械設計所使用的材料的設計要求，使其在機械設計過程當中發揮最大效用。例如，在機械鑄造工藝當中，要充分保證機械材料的流動性、收縮性、吸氣性以及偏析性；在焊接工藝當中，要充分保證材料的敏感性和適用性；在鍛造工藝當中，要充分保證材料的冷鐓性、沖壓性、鍛后冷卻性以及可鍛性［6］。機械材料的不同性能使得在進行機械設計的工藝時可以選擇各種不同的材料，只要滿足基本的工藝需求，了解各種工藝所需材料的不同性能，就能實現機械設計的材料的合理化選擇。在滿足機械設計材料的適用性之后，要分解實際工程預算充分考慮設計材料的經濟性，不但要滿足材料的質量要求，還要實現經濟性的材料選擇［7］。對于那些可以循環利用的原材料，要充分利用其可循環性，在機械設計過程當中要加以循環利用，有效減小資源的消耗，降低機械設計成本，從而提高經濟效益。

（2）注重選材的節能性和環保性。社會可持續發展的要求使得節能環保成為當今社會所重視一大內容，社會經濟的快速發展以及科技水平的快速提高都加快了資源的消耗和破壞，進一步影響了生態環境?，F階段，人們的環保意識有了很大的提升，這也使環保成為社會的焦點，并使得資源的消耗和環境的破壞成為環保問題當中的一個重要環節，要實現社會的可持續性發展就要嚴格控制資源的消耗［8］。所以，機械設計中的材料的選擇的環保性和節能性是非常重要的。機械設計人員要嚴格遵守國家的可持續發展戰略，在保證設計要求的前提下要優先選用低污染、低能耗的工程材料，節約那些不可再生資源并對機械材料進行合理的選材和合理設計，從而實現資源利用的高效性發展。

（3）選材的可持續發展。在機械設計的選材過程當中要始終遵循我國的可持續性發展戰略，要充分重視機械設計的可持續發展。機械設計人員要基于設計需求，充分發掘所選材料的潛力并結合材料的不同特性使其發揮最大化的作用，并有針對性地實現設計應用。

4 總結

總而言之，機械設計中的材料的選擇和應用要綜合多方面因素加以分析考慮，既要保證機械設計滿足相關的標準和規范的規定以及使用要求，又要使其順應時代發展的要求，并實現材料的環保性、節能性以及經濟性等要求，從而實現機械設計行業又快又好的發展。

參考文獻

［1］呂玉磊.機械設計中的材料的選擇和應用分析［J］.江西建材, 2015,22期（22）:259-260.

［2］周玉豐,張帆.機械設計中材料的選擇和應用分析［J］.河北農機,2014,第12期（12）:49-49.

［3］韋佑銀,謝非.機械設計中的材料的選擇和應用［J］.文摘版：工程技術,2015,（25）:260-260.

［4］徐進,閆建華.機械設計中材料的選擇及其應用［J］.中國科技縱橫,2015,第8期（8）:82-83.

［5］王永強,陶亞楠,劉青.機械設計中的材料的選擇和應用探析［J］.科技創新導報,2012,20期（20）:74-74.

［6］曹海群.在機械設計中有關于材料選擇與應用的分析［J］.大科技,2012,（22）:286-287.

［7］柴志斌.機械設計中材料的選擇分析［J］.中國機械,2014,第13期（13）:48-49.

［8］劉秀霞.基于機械設計中材料的選擇和使用分析［J］.中國機械,2015,（8）:105-106.

Mechanical Design Selection and Application of Materials Analysis

HU Hua, JIA Yaoceng
（Luohe Vocational and Technical College,Luohe 462002）

Abstract:This paper aims at mechanical design, material selection and application analysis, in order to provide a reference value for the development of mechanical design materials.

Key words:mechanical design, material selection, material application