機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

張強(qiáng)+任楠

摘 要：人類對于機(jī)械方面的設(shè)計(jì)要求日益提高，機(jī)械設(shè)計(jì)中在材料方面的應(yīng)用和材料方面的選擇顯得尤為突出和重要。機(jī)械設(shè)計(jì)中在選擇材料時(shí)，要堅(jiān)持實(shí)用性的原則，根據(jù)零件的具體要求確定材料的種類，同時(shí)要保證材料對人的身體和環(huán)境無害、加工材料的過程中低污染、低能耗，而且要充分考慮材料的載荷類型，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，盡量降低成本，保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具備價(jià)格優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；材料應(yīng)用

1 引言

我國的國民經(jīng)濟(jì)正處于飛速發(fā)展的階段，人類對于機(jī)械方面的設(shè)計(jì)要求日益提高，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程不斷加快，對所有關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)提出了更高要求，機(jī)械設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其質(zhì)量對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)當(dāng)予以重視機(jī)械設(shè)計(jì)中，選擇材料是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如何根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇合適的材料、在滿足基本質(zhì)量的前提下盡量節(jié)約成本。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械行業(yè)中的基礎(chǔ)工作項(xiàng)目內(nèi)容，該項(xiàng)工作在整個(gè)機(jī)械行業(yè)工作中顯得尤為重要，該方面的發(fā)展對我國的社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益都有著顯著性的影響。因此，對該項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行充分的研究是一項(xiàng)十分有意義的研究內(nèi)容。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用意義

由于相關(guān)體系不斷的完善，機(jī)械設(shè)備的使用概率也在不斷的提升，對機(jī)械設(shè)備的需求量也在不斷的增加，這樣的發(fā)展趨勢導(dǎo)致我國的機(jī)械材料出現(xiàn)了短缺的現(xiàn)象。材料和機(jī)械設(shè)備是機(jī)械設(shè)計(jì)以及零件生產(chǎn)的過程中最為基本的元素，對材料提供有效的保證和恰當(dāng)?shù)氖褂?，已?jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中可以進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的重要因素。機(jī)械設(shè)計(jì)與選擇材料方面具有以下幾種關(guān)系：首先是性能方面，不同的材料具備不同的性能，每種材料都有自身的優(yōu)勢和劣勢，因此在選擇材料的過程中，要考慮綜合因素，包括該設(shè)計(jì)的具體功用以及使用環(huán)境等例如，金屬材料不適合在長期在潮濕的環(huán)境下使用，高分子材料不適合在高溫下使用等；其次是質(zhì)量方面，高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品不僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案上，只有選擇合適的材料，并將其合理搭配使用，才能保證產(chǎn)品有效發(fā)揮性能相反，如果選擇的材料不合理，設(shè)備的質(zhì)量必然會(huì)受到影響；最后是成本方面的影響，一個(gè)行業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營的目的是為了獲取經(jīng)濟(jì)效益，因此成本是必須要思考的問題，如果設(shè)計(jì)中使用的材料過于昂貴，那么產(chǎn)品必定會(huì)因?yàn)閮r(jià)格失去竟?fàn)巸?yōu)勢。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

3.1 載荷類型材料選擇

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，諸多材料以及零件到最后都無法進(jìn)行使用，或者是完全失去的作用，而出現(xiàn)相關(guān)問題的原因，則是由于所選用的材料在外在負(fù)荷方面水平較差。

與此同時(shí)，機(jī)械零件再發(fā)揮出應(yīng)用方面功能的過程中，在良好的狀態(tài)下出現(xiàn)抑制失效的問題。因此，在對材料進(jìn)行選擇的過程中，需要對機(jī)械設(shè)計(jì)過程中所采用的材料在載荷方面的能力及逆行進(jìn)行估計(jì)和選擇。一般可以通過低碳鋼滲碳或者中碳鋼調(diào)質(zhì)等方式手段，可以將相關(guān)工作進(jìn)行進(jìn)一步的完善。

3.2 較低消耗能源和污染材料

在對機(jī)械材料進(jìn)行選擇和應(yīng)用之前，選擇的材料以較低消耗能源和污染材料為主，其中包括兩個(gè)方面。一個(gè)方面是盡可能的避免最后需要熱反應(yīng)來進(jìn)行處理的材料。采用熱反應(yīng)進(jìn)行處理的材料，其使用的壽命以及零件的性能都有著決定性的影響，而這種工藝的形式會(huì)對環(huán)境造成很大的污染，因此，所選擇的材料盡可能的保證是在熱軋狀態(tài)和冷拔狀態(tài)下都可以完全發(fā)揮出性能的材料。另一個(gè)方面是選擇的材料為熱處理程序較少的材料。當(dāng)所選擇的材料無法避免熱處理的時(shí)候，就選擇最終熱處理程序較少的材料，一般可采用具有低淬透性的鋼對齒輪進(jìn)行制造，也就是具有穿透性的加熱，在材料冷卻之后，機(jī)械材料的表面會(huì)出現(xiàn)淬硬。

3.3 堅(jiān)持使用性要求

機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，首先需要堅(jiān)持的就是機(jī)械設(shè)計(jì)中的使用性要求，這是對材料的性能以及材料的質(zhì)量根本因素提供有效的保障。不同的零件在進(jìn)行選材方面都存在不同程度的要求，部分的零件在強(qiáng)度方面有著較高要求，而部分的零件需要將零件耐磨性作為主要的側(cè)重方向，甚至還有部分的零件需要注重外觀上的美觀程度。因此，在對材料進(jìn)行選擇的時(shí)候，需要將不同零件的作用要求作為主要的選材關(guān)鍵。

3.4 采用無害材料

一些特殊材料在使用過程中會(huì)對人體造成危害，甚至有的元素會(huì)對生態(tài)這個(gè)整體造成具有破壞性的影響，例如Cr46，這是一種離子狀態(tài)下的元素，但是該元素對人體會(huì)產(chǎn)生極大的毒害，另外還有Ni、As等，這些元素不僅會(huì)對人體造成極大的危害，還對環(huán)境產(chǎn)生很大的污染，因此，所選用的材料一定要慎重，盡可能的避免對人體造成危害。

3.5 可循環(huán)利用以及回收處理

機(jī)械設(shè)計(jì)中所采用的材料絕大多數(shù)都是金屬類的材料，并且采用的種類十分繁多，僅鋼這一種材料就出現(xiàn)了上百種，在對材料進(jìn)行循環(huán)利用過程中，諸多不同種類的材料需要混合在一起，這導(dǎo)致在對廢料進(jìn)行回收的時(shí)候，回收難度增加，同時(shí)，這對廢料在循環(huán)利用方面造成更大的困難。為了讓廢料可進(jìn)行有效的回收和利用，在對材料進(jìn)行選擇的同時(shí)需要注意材料的可循環(huán)性，一般選用具有單一性的合金對零件進(jìn)行制造，而合金的組成元素越少越好，提高循環(huán)利用的概率。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用注意事項(xiàng)

4.1 貫徹可持續(xù)發(fā)展觀

在進(jìn)行機(jī)械材料的選擇與應(yīng)用時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)要堅(jiān)決貫徹可持續(xù)發(fā)展觀來進(jìn)行機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用。堅(jiān)持貫徹可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行材料的選擇和應(yīng)用一方面能夠保證機(jī)械達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果，達(dá)到節(jié)約資源和整合設(shè)計(jì)的目的，將材料的潛力充分的挖掘出來，促使機(jī)械設(shè)計(jì)保持全面、穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢；另一方面，也符合我國的可持續(xù)發(fā)展策略，與國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展觀和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)觀保持一致。

4.2 重視綠色環(huán)保

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用時(shí)，要保證材料的選擇與應(yīng)用和綠色和環(huán)保的發(fā)展觀保持一致。近幾年來，從社會(huì)現(xiàn)狀可以明顯的看出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展是以自然環(huán)境的嚴(yán)重破壞為代價(jià)的?，F(xiàn)階段，不可再生資源急劇短缺和枯竭，環(huán)境的嚴(yán)重污染已經(jīng)日益威脅著人類賴以生存的環(huán)境。因此，在選擇和應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)材料時(shí)，要秉持綠色和環(huán)保的理念進(jìn)行選擇與應(yīng)用，節(jié)約有限的資源，降低能源的消耗，為環(huán)保貢獻(xiàn)一份力量。

4.3 經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性

在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用過程中，要重視材料的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。首先，從機(jī)械材料的實(shí)用性方面來看，由于機(jī)械設(shè)計(jì)過程中機(jī)械工藝的鑄造、工藝的鍛造、工藝的焊接、工藝的切削加工、工藝的粘結(jié)和固化以及工藝的熱處理等均對機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用有著不同的要求。比如，工藝的焊接要求材料的接頭能夠滿足其焊接的使用性能和敏感性要求：工藝的鍛造要求材料能夠滿足鍛造過程中的鍛后冷卻、沖壓性、可鍛性、吸氣性、熱裂傾向性等要求。因此，要求機(jī)械材料的選擇和使用必須滿足其實(shí)用性要求。其次，從材料的經(jīng)濟(jì)性方面來看，為了節(jié)約材料的原成本和加工成本，需要在滿足材料的實(shí)用性的基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)選擇和使用，從而有效的節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)的成本，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

5 結(jié)束語

總而言之，在對機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料進(jìn)行選擇的時(shí)候，需要將科學(xué)性的應(yīng)用以及優(yōu)化型的材料放在首位，通過對當(dāng)前相關(guān)行業(yè)的發(fā)展情況進(jìn)行分析，將材料選擇以及應(yīng)用的重要性進(jìn)行進(jìn)一步的明確，從而滿足機(jī)械方面在設(shè)計(jì)過程中的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使得適用性、經(jīng)濟(jì)性、可行性以及優(yōu)質(zhì)性得以實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)該行業(yè)進(jìn)行更加良好地發(fā)展。

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