機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

摘要：針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的材料的選擇和應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行具體探討，從機(jī)械設(shè)計(jì)中進(jìn)行材料選擇的意義入手，詳細(xì)論述了所涉及到的材料選擇和處理問(wèn)題，并分析了其中的注意事項(xiàng)，指出應(yīng)該從技術(shù)和環(huán)保兩個(gè)方面入手，做好機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用工作。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械材料；材料選擇；材料處理

材料的選擇和應(yīng)用則是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，隨著不斷發(fā)展的機(jī)械工業(yè)技術(shù)的影響，在各個(gè)領(lǐng)域中都涉及到高科技的機(jī)械產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)分析，應(yīng)該結(jié)合具體的工況要求，進(jìn)行合理有效的機(jī)械設(shè)計(jì)材料的相關(guān)處理活動(dòng)，并能夠有效貫徹落實(shí)好綠色節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求，保證有效進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的道路[1]。這里結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，就如何有效進(jìn)行材料問(wèn)題在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的選擇和處理進(jìn)行相關(guān)論述，希望能夠?qū)τ诮窈蟮臋C(jī)械設(shè)計(jì)具有一定借鑒作用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中進(jìn)行材料選擇的意義分析

當(dāng)前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展速度非?？?，經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域各個(gè)方面都呈現(xiàn)了長(zhǎng)足的發(fā)展，此過(guò)程就使用了大量的資源，造成了大量的機(jī)械制造資源的浪費(fèi)，在快速發(fā)展過(guò)程中，消耗了大量的機(jī)械制造材料。我國(guó)具有非常豐富的資源，但是由于人口眾多，這樣就造成人均資源占有量非常低。根據(jù)這樣的實(shí)際背景，應(yīng)該更加注重機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇問(wèn)題，應(yīng)該有效保證在選材過(guò)程中的節(jié)約能源以及綠色環(huán)保問(wèn)題[2]，應(yīng)該重點(diǎn)從經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行考慮，能夠充分利用好有限資源，更好地進(jìn)行社會(huì)建設(shè)。

2 進(jìn)行材料的選擇和處理應(yīng)用探討

2.1 淺析調(diào)質(zhì)技術(shù)和相關(guān)工藝

調(diào)質(zhì)技術(shù)則是在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中最為常用一種熱處理方式，目的則是有效增強(qiáng)零件材料的剛度以及強(qiáng)度，有效滿(mǎn)足實(shí)際工況中的對(duì)于零件綜合性能的較高要求，在使用過(guò)程中，能夠讓材料承受更大的沖擊力，這點(diǎn)在眾多的機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。為了能夠滿(mǎn)足具備比較大的沖擊力的要求，可以選擇很小的截面積，這點(diǎn)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠有效節(jié)約材料，能夠保證有控制設(shè)備的體積和重量。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，這種處理方式經(jīng)常采用。但是，在具體的調(diào)質(zhì)過(guò)程中，應(yīng)該注意下述幾點(diǎn)問(wèn)題[3]：第一，認(rèn)真選擇需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)的原材料，應(yīng)該注意進(jìn)行調(diào)質(zhì)后的產(chǎn)品的機(jī)械性能的變化。中碳鋼則是比較適合進(jìn)行調(diào)質(zhì)的跳財(cái)，要求能夠具備0.27%～0.50%范圍內(nèi)的含碳量。對(duì)于過(guò)低的含碳量的鋼體來(lái)說(shuō)，則不適合進(jìn)行淬硬處理，回火之后不能有效達(dá)到需要的強(qiáng)度；對(duì)于過(guò)高的含碳量的鋼體來(lái)說(shuō)，則沒(méi)有足夠的韌性。同時(shí)，為了有效保證鋼的淬透性有所增加，能加入相關(guān)的合金元素Cr、Ni、Mn、Si等；第二，應(yīng)該針對(duì)零件結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化處理，保證避免出現(xiàn)壁厚相差懸殊的壁厚問(wèn)題，避免出現(xiàn)尖角和棱角的設(shè)計(jì)，為了保證避免出現(xiàn)熱處理中的開(kāi)裂和變形問(wèn)題，應(yīng)該采用對(duì)稱(chēng)和封閉的結(jié)構(gòu)；第三，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行工藝線路的安排，并能根據(jù)實(shí)際情況的要求，保證一定的加工余量。

2.2 表面化學(xué)熱處理技術(shù)以及選材問(wèn)題思考

零件的成型過(guò)程在機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)非常多的工序，其中，應(yīng)該充分重視相應(yīng)的金屬表面的化學(xué)熱處理過(guò)程。對(duì)于經(jīng)過(guò)表面硬化處理的金屬材料來(lái)說(shuō)，能夠明顯提高其自身的抗腐蝕、耐磨性能，能夠具備較高的硬度要求，但是，內(nèi)部也能具備一定的塑性和韌性。當(dāng)前，氮化技術(shù)、碳氮共滲、滲碳技術(shù)則是幾種最為常見(jiàn)的硬化處理技術(shù)。通過(guò)有效的表面氧化處理，能夠進(jìn)行相關(guān)的發(fā)黑或者發(fā)藍(lán)處理，則能讓材料具備較強(qiáng)的抗蝕能力，具有漂亮的外觀。

（1）碳氮共滲。這也稱(chēng)為氰化，則是對(duì)于零件同時(shí)進(jìn)行滲氮、滲碳的過(guò)程，通過(guò)處理，能夠有效提高零件表面的耐磨性和硬度，使得抗腐蝕性以及疲勞強(qiáng)度進(jìn)一步提高。經(jīng)過(guò)處理，耐磨性強(qiáng)于滲碳，抗腐蝕性能也有提高，共滲層的硬度能夠到達(dá)HV1000左右，具有比較小的零件變形，相比于滲氮來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)周期縮短。液體氰化有劇毒則是其缺點(diǎn)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)于高溫共滲層來(lái)說(shuō)，1～2mm的深度較為合適；對(duì)于中溫共滲層來(lái)說(shuō)，0.3～0.8mm的深度較為合適；對(duì)于低溫共滲層來(lái)說(shuō)，0.02～0.06 mm深度較為合適。

（2）滲碳技術(shù)。在進(jìn)行滲碳處理以后，必須經(jīng)過(guò)一定的淬火處理，能夠讓表面硬度達(dá)到HRC58～65，但是，心部的硬度則是在20～45HRC的范圍。應(yīng)該注意，對(duì)于0.5～ 2 mm范圍內(nèi)的滲碳層厚度，以及在0.85%～1.05%范圍內(nèi)的表面含碳量，在進(jìn)行零件的滲碳處理過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況出發(fā)，參考就的工作條件以及具體尺寸要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行合理的選擇，反之，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的一定增加。結(jié)合零件所要承受的負(fù)荷大小，結(jié)合一定的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于超重負(fù)荷情況下，應(yīng)該保證厚度大于1.5毫米；對(duì)于較大負(fù)荷的情況下，應(yīng)該保證厚度在1.0～ 1.5 毫米范圍內(nèi)；對(duì)于較輕的負(fù)荷情況時(shí)，則應(yīng)該保證厚度在0.5 mm范圍內(nèi)。

（3）氮化處理技術(shù)。通過(guò)滲氮處理，能保證零件的表面硬度提高，并且具有較高的抗蝕性和耐磨性。總體上來(lái)看，氮化技術(shù)可以應(yīng)用在任一一種鋼材中，但是，最為常用的則是45型號(hào)氮化鋼。對(duì)于氮化技術(shù)來(lái)說(shuō)，為了保證能夠具有較小的變形要求，不用進(jìn)行再次加工處理，應(yīng)該要求都在氮化爐中進(jìn)行。就氮化的硬度方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從實(shí)際原材料的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行確定，根據(jù)具體的實(shí)際滲氮工藝的使用要求來(lái)決定其滲氮厚度，一般來(lái)說(shuō)，則在0.6～0.7 mm范圍內(nèi)。值得注意一點(diǎn)則是，應(yīng)該盡量把氮化處理技術(shù)應(yīng)用在整體中，并且結(jié)合相應(yīng)的調(diào)質(zhì)技術(shù)進(jìn)行，保證零件的耐磨性和強(qiáng)度有所提高。對(duì)于各種高精密機(jī)床、高速傳動(dòng)的齒輪零件中，則應(yīng)用相關(guān)的滲氮處理技術(shù)比較多，能夠保證零件具有承受高變載荷的能力，其具備較小的變形，還具有一定的耐磨耐沖蝕的特性。

（4）氧化處理（發(fā)藍(lán)或發(fā)黑）。在進(jìn)行一定的氧化處理后，往往可以得到比較美麗的外觀，同時(shí)，能保證零件較強(qiáng)的抗蝕能力。在零件表面形成一定的具有厚度在0.5～1.5 μm范圍的磁性氧化鐵的氧化膜，盡管相比于其他化學(xué)膜，沒(méi)有較高的耐磨性和抗蝕性，但是，具有一定的光澤和顏色，能夠起到美觀的作用。通過(guò)肥皂或者重鉻酸溶液浸泡相關(guān)的氧化后零件，能保證氧化膜的潤(rùn)滑性以及防腐性有所提高，在這樣基礎(chǔ)上，就能進(jìn)行錠子油、機(jī)油、變壓器油的涂抹操作。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)選材需要注意的事項(xiàng)分析

3.1 要注重綠色環(huán)保

應(yīng)該盡量把綠色環(huán)保的材料應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量避免出現(xiàn)較為嚴(yán)重的污染問(wèn)題，盡量不使用出現(xiàn)污染的相關(guān)材料，這對(duì)于機(jī)械使用的人員的安全具有重要意義，也關(guān)系到整個(gè)社會(huì)的穩(wěn)定，另外，使用綠色環(huán)保材料也能符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展的具體要求，有效緩解國(guó)家的資源缺乏問(wèn)題。

3.2 實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)選材和應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該關(guān)注以下兩個(gè)方面，一是，應(yīng)該從機(jī)械零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，從實(shí)際出發(fā)，選擇最為合適的材料；二是，盡量節(jié)約材料，在符合使用的過(guò)程中，選擇價(jià)格低廉、常用的普通材料，通過(guò)相應(yīng)的熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)，能夠權(quán)衡好經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的問(wèn)題，有效使得企業(yè)成本得到節(jié)省，保證企業(yè)的利潤(rùn)率。

4 走可持續(xù)發(fā)展道路

應(yīng)該把可持續(xù)發(fā)展的道路應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇和應(yīng)用過(guò)程中，保證實(shí)現(xiàn)雙贏的局面，一方面，能保證完成有效的機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)的材料的應(yīng)用，也能保證機(jī)械行業(yè)更具穩(wěn)定性的發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用問(wèn)題具有十分重要的意義。應(yīng)該要求相關(guān)的工作人員嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，保證認(rèn)真的工作態(tài)度，在進(jìn)行機(jī)械材料的選擇方面，從環(huán)保和技術(shù)入手，有效對(duì)于處理技術(shù)工藝進(jìn)行合理安排，保證我國(guó)的機(jī)械工業(yè)技術(shù)能夠持續(xù)健康的發(fā)展。

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