機械設計中材料的選擇與應用

王卓宸

（中信重工機械股份有限公司，河南 洛陽 471199）

機械設計中材料的選擇與應用

王卓宸

（中信重工機械股份有限公司，河南 洛陽 471199）

隨著我國科學技術水平的不斷提高，人們對機械方面的各項設計要求也在不斷變化，尤其體現在機械設計中材料的選擇與應用。文章通過對機械設計中材料選擇與應用的重要意義、選擇材料的注意事項和材料應用過程中的注意事項等三個方面進行了分析研究，從而論述了機械設計中材料的正確選擇和應用會增強機械工作實際操作的安全性，而且達到企業在機械生產中節能減排的目標。

機械設計；材料選擇與應用；重要作用；注意事項

目前，全球經濟一體化進程不斷加快，城市化建設的規模日益擴大，在這一環境下機械行業在拉動國民經濟實力方面起到了重要作用，要想使我國的國民經濟不斷提高，提高機械行業的經濟效益就是起決定作用的做法之一。人們應該在機械設計的工作過程中做適當的調整與改變，相關工作人員在日常工作中的每一個環節都要認真對待，機械設計中的材料的選擇與應用關系到生產出來的機械的質量以及機械設計行業的健康發展，當機械設計過程中遇到困難和瓶頸時，要及時地發現問題、處理問題。在科學發展的理念下，現代社會對機械設計中材料的原則與應用方面提出了新的要求，相關部門和相關的工作人員在機械設計中的材料選擇與應用方面既要滿足機械生產的需要還要在機械設計的整體過程中滿足經濟利益和社會效益，符合可持續發展的要求。因此，在整個機械設計的材料選擇和應用的過程中，要注重材料運用中各個零部件的合理性以及各個零部件之間的協調和配合。

1 機械設計中材料選擇與應用的重要意義

現在，我國的經濟快速發展，社會不斷進步，隨之而來的機械的生產和加工也面臨著巨大的機遇和挑戰。機械設備需求的不斷增長，機械設計方面所應用的材料被大量的開采使用，使機械設計中需要的材料越來越稀缺，機械設計所需要的材料的需求與各種機械設計的材料的稀缺之間的矛盾越來越大。而且社會在進步，各個行業、各個領域都需要原材料，因此使機械設計中可應用的原材料越來越少，這就使機械設計中材料的選擇和應用的空間進一步被壓縮。原材料是機械設計行業中的一個基礎元素，它缺一不可，為了保障機械設計的有效完成就必須要解決材料的供應問題。這些問題就是機械設計中材料的選擇和應用中存在的巨大問題。從這些問題中出發，如何使機械設計中材料的選擇和應用發揮最大作用，發揮其環保性和可持續型，使機械設計行業的經濟利益和社會效益不斷的增加，可持續發展，是我國相關部門和相關工作人員面臨的巨大問題之一。

2 機械設計中材料的選擇應該注意的事項

機械設計中最主要的工作事項之一就是材料的選擇，材料的質量高低直接影響機械設計整個工作質量的高低。要想做好機械設計中材料的選擇工作，第一就是選擇的材料必須要滿足機械制造中各個零部件在運行的過程中使生產出來的機械性能，物理性能和化學性能得到提高等等的需求。第二就是要注意選擇的材料在機械生產和加工過程中必須具有很強的可操作性，、經濟性和工人在工作過程中的安全性。在整個機械設計中材料的選擇和應用的過程中，有具體的幾個方面的要求，以下就是相關工作人員需要特別注意的：

（1）機械設計中的材料載荷類型的選擇。通過大量的調查研究，其結果表明，在機械設計的工作過程中，過多的零部件之所以失效其根本原因就是機械設計中材料的外載荷性能所影響的。然而機械零部件所具有的各種各樣的應用性能卻能很好的抑制這種零部件失效的問題。這就體現出了機械設計中選擇材料的外載荷性能和零部件能很好的抑制失效問題之間的矛盾所在。因此，在機械設計中材料的選擇過程中，要尤其注意所選零部件材料載荷能力的大小和應力能力的大小。具體的說，可以把機械設計中材料載荷性能的選擇分為以下兩點：①當材料外載荷的作用力使機械材料的零部件發生彎曲和扭轉的現象時，其最大的應力就幾乎全部集中于所用機械材料的表層之中了。這就充分表明機械材料表層的性能可以在抑制機械材料在零部件失效問題上發揮巨大的作用。如果在機械設計中選擇的材料需要達到這種程度的載荷作用時，就可以選擇采用中碳鋼調質或者是低碳鋼滲碳的處理方法對其進行機械的加工和制造。②在機械的制造過程中，有些零部件只需要單一的承受拉伸、剪切或者壓縮應力，這是機械材料的外載荷作用力沿著機械的整個零部件橫截面均勻分布的，這就是說，相關工作人員在機械設計的工程之中，要應用各個部分性能可以均勻分布的零部件材料，從而使機械的加工和生產的各個環節工作效率得以提高，保障機械制造的順利進行。

（2）機械設計中碳素鋼與合金鋼材料的選擇。在目前的機械材料選擇的市場中，因為碳素鋼本身的加工性能好、操作性能強和成本價格優越等方面的優勢，使碳素鋼得到了廣泛的應用。但是相關工作人員要注意一些問題，這種碳素鋼有一些缺陷，比如：碳素鋼的強度低、韌性低；中等形狀以上的材料的零部件沒辦法對其進行熱處理加工淬透作業等等。這些方面的缺陷使碳素鋼在機械設計中材料的選擇中受到了很大的限制。但是經過不斷的研究，發現只要在碳素鋼中加入一定比例的合金元素就可以形成合金鋼。形成的合金鋼的強度與韌性方面都有了一定的提高，在一定程度上，還使零部件增加了一些特殊的性能，例如：耐腐蝕；耐高溫和耐磨損等等。但是大部分的人認為，雖然新形成的合金鋼在各個方面都要比碳素鋼的性能要好，但是在機械設計中只有在材料外載荷作用力較大或者零件的有效截面尺寸較大而且還需要進行淬透的情況下才可以選擇應用合金鋼這種材料，在其他正常的情況下，仍然選擇使用碳素鋼材料。

2 機械設計中材料的應用過程中應該注重的事項

材料的正確應用是材料選擇之后工作質量高低的體現和延伸，這一過程在整個機械設計的工作過程中發揮很大的作用，不容忽視。在機械設計中，如何正確選擇材料，充分發揮其作用是很關鍵的，受到工作人員的重視是應該的，但是材料在應用過程中如何保障其經濟性和環保性也是很重要的，同樣應該受到相關工作人員的重視。相關工作人員在確保機械設計中材料選擇工作質量的前提下，要正確的處理好材料應用過程中的經濟效益和節能環保效益的有機統一。這個問題現在已經成為機械設計過程中的一個重要課題，這也是機械生產與加工持續、健康發展的一個必然要求。相關工作人員在機械設計中材料的應用過程中想要貫徹落實可持續發展的觀念，就必須要注意以下兩個方面：

（1）機械設計中材料的應用過程中要使適用性和經濟性得到統一。相關工作人員必須意識到機械設計中材料應用過程中最重要的問題之一就是使材料的適用性和經濟性得到統一。以下是適用性和經濟性統一的具體的分析：①機械材料零部件的制造工藝就是機械設計中材料應用工作的重要參數指標。在機械設計、制造的工作過程中鑄造工藝,熱處理工藝,切削工藝和焊接工藝等加工處理技術在機械設計材料的應用中，各有各的特點，每個工藝的要求都各不相同。具體地說：鑄造工藝是要求機械設計材料的應用要具有高流動性、高收縮性和高吸氣性；焊接工藝是要求機械設計中材料的應用要具有沖壓性,冷鐓性的特點；熱處理工藝是要求機械設計中材料的應用要具有淬透性,過熱敏感性以及氧化脫碳性等特點；切削工藝是要求在機械設計中材料的應用要具有滿足切削工作中可操作性的特點。②機械設計中材料的應用要尤其注重經濟性。這就要求相關工作人員在機械設計中材料的應用過程中既要使零部件材料各個方面的性能得到充分滿足，又要控制減小零部件材料加工過程中的成本。在這一原則的基礎上，結合我國企業機械生產和加工過程中的現有條件，對機械設計零部件的制造方式和最佳的機械制造加工途徑進行應用和改進。

（2）機械設計中材料的應用工作過程中要使環保性和節能性得到統一。通過社會的不斷發展，人們更加關注生態經濟和可持續發展。在機械設計中材料的應用過程中就要做到既保護環境又具有節能性，這是現代社會對機械設計的新要求。相關工作人員必須要強化環保意識和節能意識，對其充分重視。在經濟社會不斷的發展過程中，不可再生能源應用的范圍越來越廣，但是其數量卻越來越少，因此在機械設計中材料的應用過程中一定要注重節能性與環保性，使其能夠可持續發展。在材料的應用過程中，以機械設計的鑄件環節為例，在機械的鑄件階段百分之五左右的成本就決定了最終的百分之八十的鑄件生產成本。通過這一事例就可以看出，重視機械設計中材料的應用環節的節能性和環保性，不僅僅可以最大限度地節約原材料和成本，減少能源的消耗與浪費，還可以有更大的創新空間去滿足機械設計中材料應用環節節能環保的新要求。

3 結語

現階段我國的經濟、社會快速健康發展，現代的科學技術水平也不斷提高，人們的物質需求和精神需求也不斷提高，因此對機械設計行業也提出了新的更加全面、更加具體的要求。機械設計中材料的選擇與應用在整個機械設計工作中占有越來越重要的地位，在新的時代潮流下，機械設計領域的科學、健康發展有利于促進我國的經濟發展和工作的不斷進步，有利于加快我國的社會化建設。因此在機械設計的領域方面，要加大時間和精力的投入，保障其行業的健康、可持續發展。文章通過對機械設計中材料的選擇與應用進行了分析與探討，希望可以對機械設計的相關研究可以提供一定的參考，對以后的機械設計行業的發展有所幫助。

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Selection and App lication of M aterials in M echanical Design

WANG Zhuo-chen
（CITIC Heavy Machinery Co.，Ltd.，Luoyang，Henan 471199，China）

With the continuous improvementof the levelof science and technology in China，the design requirements ofmechanicalaspectsare also changing，especially in the choice and application ofmaterials inmechanicaldesign.This paperanalyzes the importance ofmaterialselection and application inmechanicaldesign，the precautions for selectingmaterialsand the precautions in the processofmaterialapplication，and discusses that the correctselection and application ofmaterials inmechanicaldesign can improve thesecurity in actualoperation and help enterprises realizeenergy-savingemission reduction targets in the production.

mechanicaldesign；materialselection and application；important role；precautions

TH122

A

2095-980X（2017）05-0013-02

2017-04-23

王卓宸（1990-），男，主要研究方向：工程機械。