機械設計中材料的選擇和應用

摘 要：在機械設計中，材料的選擇是機械設計的基礎。在選擇材料時，既要滿足產品設計所需求的機械性能，又要保證該材料滿足環境保護的要求。如何在機械設計中選擇和應用好材料成為機械設計人員所面臨的難題。本文著重介紹了使用型材料、碳素鋼與合金鋼、載荷類型材料以及低消耗材料的選擇和應用，對機械設計中材料應用的注意點進行了討論。

關鍵詞：機械設計：材料選擇：應用要點

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.005

隨著國家對工業產業的不斷推進，機械逐漸被人們重視，從而使機械行業在社會中的地位逐漸提高。機械將會在未來的發展中成為社會中的中堅力量。機械設計是機械行業的基礎，在機械行業中發揮著至關重要的作用，材料的選擇又是基礎的基礎，因此對該項環節進行深入探討和研究有著深遠的現實意義。

1 機械設計中材料選擇的重要性

近年來，隨著國民經濟不斷發展，工業體系逐漸完善，這些改變使得我國機械行業得到了一定的發展，為機械行業帶來了機遇，同時帶來了一定的挑戰。隨著工業化發展越來越快，機械設計中的材料逐漸多樣化，這在樣就導致機械設計中的原材料的選擇變得復雜及繁瑣，機械材料可謂是機械生產中的基礎，足夠的材料是企業發展的前提條件。但是又不能盲目的去采購原材料，那樣會增加企業的資金壓力，不利于資金管理及成本控制，這就會造成材料選擇空間相對較小。針對這種情況，相關工作人員在大力開展機械設計工作的整個過程中，需要合理分析材料選擇及應用細節。此外，在整個選擇應用期間，工作人員應高度重視其所具有的適應性以及持續性特點，保證機械材料資源可以在一定程度上得到最大化利用。

2 機械設計中材料的選擇和應用

2.1 功能性材料的選擇

在機械材料選擇時，根據不同部件的功能要求，其所用的材料的性能需求就不同，根據材料特性，做到材料在不同零部件位置上的合理應用，比如，部分零件應該用到支撐力相對較強的位置，而一些臨建則需要用在耐磨性能要求較高的地方。還有一些零件是外觀件，對外觀有較高要求。所以說，機械設計期間，實施材料選擇的時候，必須要清楚各個零部件所具有的功能要求，然后結合個性化要求，合理選擇性能水平較高的機械材料。

2.2 碳素鋼與合金鋼的選擇

機械設計所用到的金屬材料中，使用最為廣泛的便是碳素鋼了。碳素鋼的加工工藝簡單，成本較低，但是使用范圍有一定的局限性。碳素鋼韌性較差，強度較低，不能用來加工尺寸較大的零件。合金鋼的出現恰巧解決了此類問題，科研人員在碳素鋼生產過程中加入合金元素，形成一種合金鋼，提高了碳素鋼的韌性和強度，相當于增加淬透性的作用，同時，還有提高了材料的耐磨性。在特殊工況下將材料換為性能優異的合金鋼既能提高產品的可靠度，又能避免資源的過度浪費。

2.3 載荷類型材料的選擇和應用

產品運行期間，往往會出現一些非正常問題，比如零部件不可以正常使用，從現象出現原因上進行分析，一個非常關鍵的原因就在于所選擇好的材料具備較差負載力。此外，機械正常工作過程中，常常會發生機器突然失效問題，該現象出現的原因一般為材料荷載因素。所以說，為避免以上幾種情況的發生就要在機械材料的選擇上要多下功夫，做好該零件的工作荷載的估算。

2.4 低消耗材料的選擇和應用

在機械設備的選擇和應用過程中，為了保證機械行業的可持續發展，在材料的選擇上盡量挑選具備節能環保性能的材料。例如有些產品的使用工況比較惡劣需要選擇防腐能力較強的材料，有的廠家選擇不銹鋼或塑料材質，有的廠家選擇通過噴涂的方式來達到防腐效果，然而噴涂的過程中的表面處理對環境的污染非常大，不利于行業的可持續發展，所以此種情況大家盡量不要選擇噴涂的方式進行防腐，而是通過材料的本身性能去防腐。另外有的材料的性能比較差，需要經過熱處理等方法對其進行性能提升，熱處理的過程也會對環境造成污染，在此類材料選擇時盡量不選用熱處理材料，或選擇熱處理工序少的材料。

3 機械設計中材料應用工作的注意要點

3.1 適用性以及經濟性之間的和諧統一

現階段，機械設計材料選擇環節，一個非常重要的內容，那就是要體現出經濟性與適用性這兩個原則。具體工作過程中，工作人員需要將材料制造方法作為選擇標準之一。一般情況下，不同機械設計所需要的材料在實際技術要求方面是存在較大差異性，包括鑄造工藝流程、焊接工藝流程以及切削方法等工藝要求。所以說，針對不同材料的最終應用，工作人員需要保證其性能的有效發揮，增強其使用性。同時，材料選擇工作需要確保零部件性能發揮，最大限度增強材料的經濟性能，使機械設計工作獲得最大化經濟效益。

3.2 實現環保性和節能性之間的結合

目前，我國大力倡導可持續發展，最終目的在于使廣大企業都可以做到工作的節能化以及環?；?，并確保其貫穿于整個經營過程。在此發展形勢之下，相關企業都應該嚴格遵循科學化的行業要求，堅持國家所規定的環保原則，真正做到方針政策的嚴格落實。在機械的生產及制造過程中，會有很多不可再生資源的使用，如果這些資源被過度消耗，就會為機械產品的使用埋下很大隱患，為了防止此類事件發生，在機械設計人員進行材料選擇時要做好方案，堅持一定的節能環保理念，盡量選擇能耗水平相對較低，且污染強度較小的材料，將其作為最主要的設計原料使用。

4 結語

（1）機械設備材料選擇工作中，工作人員既要關注零部件應用合理性，又要強調零部件性能情況、配合情況及切合性情況，做到材料使用的性能水平最大化。（2）在對碳素鋼與合金鋼做區分選擇時，要注意該零件的設計韌性和強度，做出合理選擇，既避免資源的浪費，又能達到使用要求。（3）認真做好機械部件的載荷計算預估，選對材料，從而保障設備的良好運轉。（4）材料盡可能選擇低能耗、環保節能，對不含有害元素的材料。

總之，在機械設計的材料選擇上要做到適用性和經濟性相統一，環保性與節能性相結合。

參考文獻：

[1]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）：74.

[2]周旭妮，周陽.機械設計中的材料選擇和應用探討[J].硅谷，2015（02）：146-147.

[3]池占山.機械設計中的材料選擇及應用探討[J].中國高新技術企業，2015（21）：17-18.

作者簡介：王翠萍（1983-），女，山東濟陽人，本科，主要從事非標機械設計工作。