機械設計中金屬材料的選擇及應用探討

摘 要：近年來隨著我國科學技術的不斷發展，對于機械制作行業也起到了良好的促進作用。在這一趨勢下對于機械設計工作也提出了更高的要求。金屬材料的選用作為機械設計中的重要內容，但是目前我國機械材料市場還不夠完善，在機械設計過程中選用的金屬材料還會受到一定的限制，這也就需要相關設計人員能夠進行金屬材料的合理選擇，充分發揮出金屬材料的作用，促進機械設計質量跟設計效果進一步提高。

關鍵詞：機械設計;金屬材料;選擇;應用

1機械設計中金屬材料的選擇原則

1.1機械性能

機械生產制造中，材料選擇時要考慮金屬材料本身的荷載力大小和荷載性質，尤其是機械設計中的材料荷載力和可塑性，是決定企業生產機械產品性能的關鍵。設計師要想在后期設計過程中保證機械良好的使用效果，就要盡可能選擇荷載水平較高的金屬材料，否則金屬材料因荷載性能較低而引發的使用受阻礙或者使用失效等不良反應，都會影響企業生產材料的效果。企業的技術人員應認真審核加工材料，檢測材料的性能，評估材料的各項性能參數;在必要的情況下，還應對材料進行調質、滲碳、氮化等技術處理。

1.2零件的尺寸與質量

機械設備生產過程中對于零件質量與精度有著非常高的要求，為了保障零件制造能夠滿足機械設備的后續生產需求，還需要加強對金屬材料選擇工作的重視力度。如果所選擇的機械材料無法滿足零件加工精度與質量的具體要求，也就不能應用到機械設計過程中。

1.3工作環境

工業機械制造行業所生產的軟件多數會被應用于工業生產中，而各個機械組成部分所處的工作環境并不相同，因此選擇不同功能的金屬材料非常重要。對此，機械制造企業要考慮以下幾點因素。1）溫度方面的因素。金屬材料可能會隨著外界溫度的變化而出現熱脹冷縮的情況，在熱脹冷縮的條件下，金屬材料體積的變化幅度不同，膨脹系數也有所差異，因此企業選擇金屬材料時要考慮溫度方面的因素。2）濕度及金屬材料防腐蝕性能方面的因素。機械制造生產中，一些零件可能會在高度腐蝕的環境中工作，如果環境的條件較為潮濕，就只適合高防腐蝕能力的金屬材料應用其中，否則金屬材料的防腐蝕性能不強，可能會影響機械設計的效果。3）耐磨性能方面的因素。零件在運行的過程中必然會出現磨損問題，隨著運行時間的延長，零件的磨損程度會越來越高，達到一定程度的時候，就可能會引發連鎖的生產故障，因此企業要選擇硬度較大、耐磨性較好的金屬材料，有效地延長機械產品的使用壽命。隨著現代焊接技術、熱噴涂技術的發展，零件性能的加工技術也更加先進，可以促使零件的壽命得到有限的延長，節約企業的生產成本，有助于企業獲得更高的經濟利益。

1.4材料經濟性

材料經濟性會直接決定機械設備的生產效益，因此在金屬材料選擇過程中，除了材料性能能夠滿足機械設備的實際上生產需求之外，還需要就材料的經濟性進行綜合性考慮，做好材料設計中所有環節的成本計算，通過適當的材料組合，降低機械設備的生產成本。因此設計人員還需要對材料市場有充分掌握，并在保障材料性能滿足機械設計基礎上，盡可能選擇一些經濟性比較高的金屬材料，為機械制造企業帶來良好的經濟效益。

2機械設計中應用的技術手段

2.1調制工藝以及有關設計應用分析

傳統的機械材料的加工處理的方式都比較單一，他們不能保證在加工后能夠改變零件的重量和截面，這樣會出現各種不良的現象，有的機械設備會出現體積較大，也有的機械設備驗的重量比較大。要想處理這一現象，熱處理的方法就是其中一個非常方便的方法，它能夠提高材料的拉伸強度，在使用時就可以方便地運用到需要它的地方，這也增強了材料的可塑性，大大提高了零件的整體性能，也提高了整個工程運行的整體效率。但是，這個方法有一個弊端，那就是在進行熱處理后，經過高溫，機械產品的重量就會減少，進而在設計的時候零件的截面也會有所改變。這個方法雖然簡單，使用的過程中也要注意一些內容：一要標明調制硬度的范圍，在機械設計生產期間，對所有的零部件的要求都是非常嚴格的，因此在調制的時候，要在明顯的地方標出材料的硬度范圍，因為將它做了標注后能夠方便之后的生產，不超出范圍，可以正常地工作，一旦超出了范圍，也可以及時發現，在生產的時候超出了標準范圍，能及時發現它與生產條件的不符合，可以及時對此進行篩選，避免了不合格的現象。二要標明調制，在進行對機械材料的處理時，如果只是簡單的熱處理，那么，這個方法將是不二之選。比如，在進行調制技術的時候，以正回火的方式可使材料的硬度得到提高，這個方法會削弱材料的沖擊力度，從而使材料的斷裂率大大增加。三是材料要求要適應，在一項工作的進程中，無論是在材料的選擇方面還是技能的使用方面，都要求適應，在機械設計過程中進行調制時，要按照標準的規范進行工作、進行選材，只有符合規定的要求，這項工作才能有條不紊地進行下去。

2.2表面硬化技術以及選材

機械設計在進行材料選擇后，都是需要進行加工，比如，有時候由于各種原因的存在，會使一些零件表面出現一層鐵銹，在進行機械工程作業的時候，難免會造成一些不便之處，只有進行加工處理后，并除掉上面的鐵銹，才可使表面的硬化現象得到處理，也可以提高零件的耐磨性和抗蝕性。在實際操作的時候，這種表面硬化的技術可以分為兩種：滲碳技術和氮化技術。這兩種技術不管是從處理方式還是從它們特點方面都有很大不同的差別。在操作的時候，第一步是將材料放到滲碳爐中進行鍛造，目的是增加鋼材的含碳量;第二步就是進行淬火的處理，目的是提高材料的硬度;第三步是運用低溫回火的技術進行消除應力，目的是提高它的穩定性。滲透鋼這個技術是整個工程中的主力，既然作為主力，那么，對它的要求是非常嚴格的，不要注意材料的使用量，不然會造成本的虧損，還要注意那些小零件的尺寸和芯部的深度。簡單地說，滲碳程度的深度需要根據實際的需求量進行確定，那么，就要延長滲碳的時間;然而，在進行氮化處理的時候，45型號是氮化處理最常用的技術，它是在氮化爐中進行的。在氮化爐中進行處理的好處就是可以減少它的變形率，也可以省去后期加工的環節。要處理過的材料進行合理的選擇，因為有些技術中對材料的硬度有要求，但是經過氮化處理的材料的硬度并不能都得到提高，所以在進行工作的時候也要留意一下這一點。進行此技術的加工時，為了能夠很好地避免材料受到損傷，要對材料進行一定的保護措施，等加工完成后再除去他們的保護城層，這種方法和調制技術相結合，既提高了材料的硬化層，又提高了技術的強度和耐磨性。

3結語

綜上所述，近年來隨著我國社會經濟的不斷發展，制造行業水平也得到了一定程度的提升，對于機械設備的要求跟需求量也得到了一定程度的增加。金屬材料作為機械設計工作中的重要內容，金屬材料的選擇合理性在一定程度上會影響到機械產品的生產質量以及生產效益，這也就需要相關設計人員能夠加強對該方面工作的重視力度，遵循相關原則進行金屬材料的合理選擇，還要兼顧到機械設備制作過程中的經濟效益跟生態效益，只有這樣才能夠獲得良好的機械設計效果，對于我國制作企業的發展也有著積極意義。

參考文獻

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作者簡介：

李智博，男，天津市人，研究方向：機械設計