摘 要：如何选取适合的材料以及如何使用都属于机械设计里面最为关键的内容之一，所以只有正确选取到合适的材料以及合理地使用才能保证设计出来的产品具有一定程度的性能要求，因此就要求相关设计者需要仔细考虑，以使得材料能够正确的选取。本文所讨论的内容为跟机械材料有关的部分内容，并且对于在机械设计时如何选取正确的材料作出分析，为个人或者团体的研究提供一些帮助。

关键词：机械设计；机械材料；选择；应用

这些年，中国在机械制造这个方面所取得的进步是非常大的，对中国推进工业化的发展起到了很大的作用。一般人都知晓，在进行机械制造的时候，需要考虑的东西有很多，在其中，机械设计是非常重要的一个内容，关系到整个机械产品的制造难易程度以及性能高低，而如何选取机械材料又是机械设计这一内容中的关键，一直都被机械行业中的人员所注重。

一、机械设计选取较多的材料分析

在分析整个机械材料的时候，如果对其进行较为粗略的分类，就能够分成金属材料和非金属材料，再讨论各类中含有的材料类型，一般而言金属材料是包括有铸铁、钢、铜合金等几类，非金属就包括有高分子材料、陶瓷、复合材料等几类。因为它们的性能优秀，以上所列举的材料都是被大量应用到机械设计之中。

（一）金属材料

铸铁有着较好的液态流动性，并且熔点也较低，能够很容易进行切削加工，其所具有的耐磨性以及减震性也很优良，所以经常被拿来制造各类型的零件，有时候比较复杂的零件业能够使用其来制造。其的分类是根据铸铁中所含碳的形式，能够分成灰口铸铁、球墨铸铁两类。其中灰口铸铁中含有的碳的形式是片状石墨，所以其能够具有较好的塑性以及铸造性能。在使用时经常对其进行热处理，通常是进行表面淬火、高温退火、去应力退火来处理，以此来提升其相应的性能，铸造优秀的产品。球墨铸铁相比灰口铸铁拥有更好的塑性以及强度，所以其热处理的常用方法是淬火+回火、正火、退火。

在进行机械设计时对钢的使用非常多的，根据钢中所具有的化学元素来进行分类，可以分成碳素钢和合金钢两种。碳素钢具有很多的优秀的性能，并且价格较为便宜，产量也很多。

在进行机械设计的时候，有可能要求高碳钢性具有更优秀的性能，这时最为常见的做法就是向高碳钢中加入其他的特殊元素，以此来生成合金钢。最后有些研究表明。合金钢所具有的性能不仅仅受到其加入元素的影响，而且还和使用的热处理方法有着较大关联。

铜合金划分成黄铜、轴承、青铜合金等几个种类，它们都有着非常好的液体流动性以及塑性，并且青铜合金拥有较强的抗腐蚀性以及使用寿命长的优点，使得其在很多的设计中都被采用。

（二）非金属材料

高分子材料有很多，但是其中最为人熟悉的还是塑料以及橡胶，这两类在我们的生活中随处可见，塑料所具有的特点是材料质量较轻，所以容易制造出复杂的零件，不过塑料本身所具有的性能不是很好。橡胶所具有的特点是有较强的弹性，能吸收力，所以经常被用来制作减震器、联轴器的弹性器件。

陶瓷材料不容易发生化反应，并且耐热硬度高，能够用来制作刀具、磨具等等器件，有着很好的发展潜力。

复合材料能够很好的补充高分子材料、陶瓷材料所具有的缺點，拥有较强的耐磨性、缓冲性、抗疲劳性。但是因为其价格较高。所以常常只能用在制作较为重要的领域之中，民用比较少，但是因为科技的进步，其成本在不断降低，未来其的发展潜力也是很大的。

二、机械设计中材料的选取和使用方法

通过对机械设计中常见材料的学习后，为了使所设计的部件符合需要，相关设计者还必须做到以下几点：

（一）确定机械设计需求

为了使得设计中采取的材料能够合适，相关的设计者就得确定其设计部件的需求，这样才能分析设计中需要注意的关键，使得设计能够的完成，所以就需要注意下面几点：

第一点，需要知道设计的零件应该发挥怎样的作用。作用要求不一样，性能追求不同，设计的材料需求也不同。所以，设计者就必须了解零件的用处，思考零件需要满足的要求，再来比较不一样的材料是否能够适用。某些情况之下，还必须对零件进行模拟使用，这样才能得到接近真实工作状态下零件所受到的各种力的影响，最后选取能够满足需求的材料。第二点，材料的使用需要有一定的预算。虽然所使用的材料性能是越高越好，但是因为要获取最大得到经济效益，就得考虑成本了，因此在满足性能需求的情况下，还需要对材料的价格、自身加工成等等都需要考虑，选择最优方案。

（二）做好材料性能研究

机械材料性能会对用其制造出来的零件性能以及使用时间长短都会带来根本的影响，所以在进行机械设计的时候一定要做好材料性能研究，详细内容如下：

第一点，对材料进行物理性能研究。物理性能实际上就是材料的导热性、导电性、熔点以及密度等，这就需要设计者根据零件工作的环境来选取合适的材料，然后就是研究制造时所需要完成的工艺步骤，最后选择加工简单的材料。比如，如果零件要求质量尽量小，就可以选择铝、镁等密度小的材料。第二点，就是和物理相对的化学研究。化学性能实际上指的是材料的耐腐蚀性、抗氧化性等等。比如，如果所需要涉及的零件工作环境是高温，为了保证零件的正常使用以及拥有较长的使用寿命就得要求其材料具有较强的抗氧化、耐高温能力。第三点，做好工艺性能研究。工艺性能实际上就是对材料加工时，材料的加工性能。其将影响制造零件时是否会比较困难，所以，要求设计者做好充足的研究分析，选出最适合的机械材料。

（三）优先合适处理工艺

在零件的制造过程中，未来将零件的性能进行加强，很多时候就得对零件进行一些工艺处理，根据材料所需要处理工艺的难易程度，来制定最合适的加工方法。此处将钢材料进行热处理当做例子。钢的热处理能够分成普通热处理、表面热处理，普通热处理所含有的工艺有退火、正火、淬火等，表面热处理所含有的工艺为渗碳、渗氮、高频淬火等。举个例子，一旦处理的材料硬度非常高，进行切削加工的时候就不方便，就需要采取退火处理，来将材料的硬度降低。还有一点，如果材料经过退火或正火之后，其部分性能达不到要求就得对其进行淬火和回火，来保证材料的性能满足需求。当对零件表面和中心有着不一样的要求，就可以对其采取表面热处理工艺。比如，如果零件需要有较高的耐腐蚀性、热硬性以及高硬度，就能够对其表面采取氮化处理。如果还需要得到表面的高碳回火马氏体，但是零件表面是低碳回火马氏体，这时可以采取钢的渗碳方法。如果需要零件表面是淬火组织，但是其内部是淬火前组织的时候，就能够使用高频淬火这一种方法。总而言之，所需要的性能不一，处理的方法也不一样，其复杂程度以及过程也有着不同，这就要求设计者进行完美的思考。

三、机械设计中材料的选取与使用过程中需要注意的几点

（一）经济性与实用性

材料不仅仅需要具备相当的实用性，还得具有一定的经济型，这两个性质都不能够缺少，反而要相互融合统一，保证零件的性能上做到最大利益化。实用性的含义为，在材料进行制造以及使用的时候，会有着较为积极效果。经济性的含义是，在能够实现实用性的条件下，能够选取价格更加便宜的材料来制造零件。能够处理好这两者的关联是比较困难的，因为不仅仅需要注重产品的性能，还得保证资金的使用；也不可以单纯地降低产品的成本，而使得其性能上存在着不足。

（二）可持续性

能够实现可持续发展，才是一个最好的发展形式。在选取材料上，就得深刻挖掘材料的价值，并且配合国家的相关政策，在使得环境得到保护的前提下，依据发展对零件的需求将材料进行反复利用，保证现在进行的发展不会落后，而且进行发展的时候不会损耗更多的资源，以保证将来的后人也有着充足的资源进行发展。

（三）环保性

因为现在社会为了取得更快的发展，所以只顾着发展经济，导致地球上的自然环境遭受到的很严重的破坏，各地都出现很多的污染。这也提醒了人们需要重视环境的保护，因为人类现在只有在地球上进行生存，如果破坏到无法挽回的地步，这也将会导致人类的毁灭。现在世界各个国家都在发布各种关于保护环境的文案，我們也需要积极配合。在进行材料的选取上就必须保证其具有环保性，为持续性发展以及环境的保护贡献一份力量。

四、结语

现在，中国的工业正在急速的发展，所以机械设计这一领域将会面临更严格的需求和更多的困难。机械设计这一行业的发展将会带动现代工业的发展，随之促进社会经济急速发展。而作为机械设计中对材料的选取以及使用这一关键内容，就需要得到更多的关注，希望能够提升整个行业的产品质量，并且保证使用最为合适的材料来获取最大的利益，促进现代经济的发展。因此，对于材料的实用性以及经济型一定要把握准确，不能够偏重其中的一点，导致忽视另一点的重要性。其实最为重要的还是材料使用的环保型以及可持续性，因为短暂地通过牺牲环境来获取的利益终将是不可取的，所以，只有做好材料选取的这些方面才能够为我国的机械设计行业带来更好更久的发展。

参考文献：

[1]李冠效，雷长贵.机械设计中的材料的选择和应用解析[J].硅谷，2014（2）

[2]刘锐.关于机械设计的材料选择与应用分析[J].科技创新与应用，2016（4）

[3]张军，黄福敏.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].黑龙江科学，2017，8（6）

作者简介：

韩志刚（1988-），男，民族：汉族，籍贯： 山东省潍坊市，当前职务：机械设计，当前职称：助理工程师，学历：硕士（同等学力），研究方向： 舞台机械。