機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇分析

摘要：隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，人們對(duì)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用性能與質(zhì)量方面的要求也是越來(lái)越高，這種形勢(shì)下，機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也更加受到了人們的重視。而設(shè)計(jì)出一個(gè)高性能、高質(zhì)量的機(jī)械設(shè)備，其與好材料的選擇與應(yīng)用也離不開關(guān)系，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中提高對(duì)材料選擇方面的重視，也是很有必要的。本文便以機(jī)械設(shè)計(jì)材料為研究方向，具體分析機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇與應(yīng)用的重要意義，以供相關(guān)人員參考所用。

前言

機(jī)械設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)使用的要求，對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、力和能量的傳遞方式、各零件的材料及形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等內(nèi)容展開構(gòu)思與綜合性分析，最終將其轉(zhuǎn)化為具體描述，以作為制造依據(jù)的過(guò)程。而在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇也十分重要，若材料選擇不合理、質(zhì)量性能差，將會(huì)給后期機(jī)械運(yùn)行的安全穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，做好機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇工作也是尤為重要的。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇分析

1.1.碳素鋼與合金鋼材料的合理選擇

在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇方面，碳素鋼與合金鋼材料的選擇與應(yīng)用是比較普遍的。其中，碳素鋼在實(shí)際應(yīng)用，具有經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，但其強(qiáng)度與韌性方面稍差一些，基于這種特點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)材料外載荷力及橫截面偏小，無(wú)需對(duì)材料進(jìn)行淬透的情況下，優(yōu)先選擇碳素鋼。而針對(duì)零件橫截面較大、材料外載荷應(yīng)力也比較大的情況，為能規(guī)避碳素鋼材料應(yīng)用的缺陷，我們便可在設(shè)計(jì)選擇中將碳素鋼加入合金，使其形成一種高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性、耐磨性強(qiáng)的材料，并將其合理的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中。

1.2.可回收循環(huán)利用性材料的合理選擇

在我國(guó)推行綠色環(huán)保、節(jié)能降耗理念的當(dāng)下，于機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇中也融入這種理念也是很有必要的，因此，在材料的選擇方面還應(yīng)該重視材料的可循環(huán)及可回收利用性。設(shè)計(jì)人員所選擇的材料應(yīng)該嚴(yán)格遵循綠色、環(huán)保的特點(diǎn)，杜絕選擇污染嚴(yán)重或者可能會(huì)造成污染的原材料，以便能積極響應(yīng)國(guó)家政策，達(dá)到節(jié)約國(guó)家資源，緩解資源緊張的局面。此外，在材料的選擇方面，還應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性原則，在保證材料質(zhì)量性能的同時(shí)，盡量選擇價(jià)格低廉、常見的普通材料，且所選擇的材料一定要完全適合所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件，以便能有效的節(jié)約企業(yè)成本，并進(jìn)一步的提高其經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.載荷類型材料的合理選擇

通過(guò)長(zhǎng)期的機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通常機(jī)械材料的外載荷性能很容易使機(jī)械設(shè)計(jì)的部分元件失去效用，但機(jī)械零部件獨(dú)具的性能，卻能夠有效的規(guī)避這種元件失效現(xiàn)象。這種現(xiàn)象下，就會(huì)使材料的外載荷性能與失效零部件性能之間的產(chǎn)生矛盾，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇方面，一定要充分地考慮到此種現(xiàn)象。將材料載荷性能的大小作為機(jī)械設(shè)計(jì)中選材的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)一些能夠承拉伸或壓縮作用的材料，其外載荷力會(huì)作用到零件的橫截面，并使橫截面的應(yīng)力均衡，基于這種現(xiàn)象，我們應(yīng)該選擇一些性能分布比較均勻的機(jī)械材料，以保證設(shè)計(jì)的合理性以及后期應(yīng)用時(shí)材料能夠達(dá)到高效作業(yè)的要求。此外，若是零部件在外載荷力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，其應(yīng)力大多會(huì)集中在材料的表層，由此可見材料表面性能對(duì)這些零部件起到了一定程度的控制作用，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果所設(shè)計(jì)的機(jī)械材料要求要承受載荷力，便可選擇中碳鋼調(diào)質(zhì)或低碳鋼滲碳的方式對(duì)材料進(jìn)行加工，最終為促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量打好基礎(chǔ)[2]。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的處理應(yīng)用

在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的合理處理及應(yīng)用主要可通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

2.1.滲碳技術(shù)。滲碳技術(shù)屬于表面化學(xué)熱處理技術(shù)的一種，在滲碳后再進(jìn)行淬火處理，可使材料的表面硬度提高至HRC58—65左右。滲碳技術(shù)根據(jù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)所選材料的實(shí)際要求而決定，保證該技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)合理性，以避免生產(chǎn)成本的增加。

2.2.氮化處理技術(shù)。氮化處理技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械材料中時(shí)，主要是用來(lái)提高材料表面的硬度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性以及抗蝕性，一般而言，機(jī)械設(shè)計(jì)中的任何鋼材均可以進(jìn)行氮化處理，但為了控制成本，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用，只針對(duì)有特殊要求的材料進(jìn)行氮化處理。

2.3.碳氮共滲技術(shù)。碳氮共滲技術(shù)也屬于表面化學(xué)熱處理技術(shù)的一種，其術(shù)要是通過(guò)對(duì)工件表面同時(shí)滲氮和滲碳，來(lái)達(dá)到提高零件表現(xiàn)耐磨性、抗蝕性、疲勞強(qiáng)度和硬度的目的。但值得注意的是，該技術(shù)在操作過(guò)程中，其所應(yīng)用的液體氰化含有劇毒，操作人員一定要做好防護(hù)處理。

2.4.調(diào)質(zhì)技術(shù)。調(diào)質(zhì)技術(shù)屬于機(jī)械材料最常見的一種熱處理技術(shù)，通過(guò)調(diào)質(zhì)技術(shù)的處理，使機(jī)械材料的剛度、強(qiáng)度等綜合性能指標(biāo)得到大幅提升，最終保證材料在應(yīng)用過(guò)程中，能夠承受住大的沖擊力。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上幾點(diǎn)分析可見，在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的科學(xué)、合理選擇是保證后期機(jī)械設(shè)備能夠高效應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)。因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在提高機(jī)械設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，還應(yīng)該提高對(duì)機(jī)械材料選擇與應(yīng)用的重視，才能為實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的高效、高質(zhì)、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保打好基礎(chǔ)，并進(jìn)一步的促進(jìn)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的健康、穩(wěn)定、長(zhǎng)效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳絨.機(jī)械設(shè)計(jì)中耐磨損材料的選擇與應(yīng)用[J].湖南農(nóng)機(jī)，2013，03（15）：2L

[3]范寶成，等.金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用[J].硅谷，2013，10（08）：3 5.

作者簡(jiǎn)介：柴志斌（1982.8），男，助教，碩士研究生在讀，研究方向：機(jī)械軟件工程、機(jī)械材料等方面。