石磊

摘 要：机械设计中，工艺、工序很重要，原材料的优选一样重要，毕竟机械是由材料组成的，机械性能发挥程度也和材料性能、质量有关。在机械设计中，经常会使用一些稀少材料，这些原材料数量有限，一旦缺乏，机械设计将无法进行下去，所以还要多研究一些可代替可再生的原材料，另外原材料要具有适用性强的特点，使材料可以应用在各种机械中。材料在应用中，还要注意材料本身的环保性，使设计好的机械在运行时，不会对环境产生污染。

关键词：机械设计；材料；选择；应用；

材料选择是机械设计和应用的基础工作，相关人员要遵循一定的原则来选择各种性质的材料，在选择和应用中，还要着重关注一些小细节问题，比如材料的节能环保要求之间是否协调统一，适用性与经济性之间是否统一等。本文主要针对机械设计中的材料选择及应用进行研究。

一.机械设计中材料的选择

1、对材料载荷种类进行选择

机械内部许多零部件在组成机械整体的同时，还要承担来自外界或内部环境带来的荷载，只有这些零件具有一定的承载能力，零件在负荷运行中，才不会随意报废，或在短时间内过度疲劳，导致整个机械设备都无法工作[1]。这些荷载并不能被零件性能所抵消。在实际中，外荷载存在是必然的，外荷载存在对机械造成的变形等后果也是必然要发生的，要使机械保持稳定，还要在选择材料时，注意使材料总力与荷载水平成为选择标准。使前者能对后者起到抵消作用，在机械设计中，经常会选择材料加工方式来使材料表面总体性能提升，这样的加工方式有碳钢调质以及低碳钢渗碳。相关人员还要注意选择各方面性能比较均匀的材料，使荷载影响能在零部件截面处实现合理抵消，这种零部件发生拉伸、压缩等作用时，材料也不易变形报废。

2、选择表面处理技术合理的金属材料

一些机械设备的工作环境很恶劣，长期工作，會使机械设备表面不再保持光滑，在磨损和腐蚀中，材料表面也不能完好无损，所以还要在设计环节中，就对材料表面进行硬化处理设计。渗碳技术和淡化技术是常见的金属材料表面硬化技术，前者将渗碳炉作为处理环境，先对钢材的含碳量进行测量，该数值应该是小的，对其进行碳增加操作，碳含量升高到一定数值后，使其处于淬火环境中，在该环境中，材料表面的硬度会慢慢增大，但组织结构还是处于不稳定状态，材料本身还会存在一定应力，影响材料的稳定性，所以还要将其取出，放入低温环境中，对其进行回火，材料本身的耐磨性和耐腐蚀性最终会符合设计要求。零部件进行表面处理时，经常会借助渗碳钢来硬化表面，渗碳钢材料数量的选择要与零部件规模等相适应，要提高渗碳技术的利用效率，使最少的材料达到最好的表面硬化处理效果[2]。零件截面面积和重量不同，选择的渗碳钢型号也不同，在设计时，还要参考具体的情况。渗碳钢在零部件表面渗入的深度是不同的，可根据零部件在实际中的应用情况来设计深度。如果要在短时间内使用该零部件，还要注意使渗碳深度小一些，如此在短时间内，渗碳时间也可以得到保证。

3、对碳素钢和合金钢材料的选择

碳素钢易被加工成各种形状，所以在机械设计中，经常会选择该材料，这说明碳素钢的优势还是要多于劣势的，但在具体的应用中，这些劣势还应得到解决。碳素钢的劣势是强度小，韧性差，这意味着将碳素钢制作成机械零部件，对其进行淬透操作，体积比较大的碳素钢零件淬透效果差，在承载一定的外部荷载后，本身容易发生折断问题。在材料应用中，经常采用在碳素钢中添加合金元素的方式来弥补碳素钢的缺陷，合金元素本身结构要比碳素钢稳定，在强度和韧性上也比较强，以综合性比较强的合金钢代替单一的碳素钢，零件老化现象会延迟，材料被磨损的程度也不会太严重。合金元素性能优势很多，在一定范围内，合金钢性能发挥程度与合金元素量是呈正比的，这些性能加持，使得零件在高温腐蚀性环境中也能正常工作。合金钢应用范围虽然受到限制，但应用性强，及时将这种材料制成的零件置于多荷载环境中，零件也不会老化[3]。合金钢对淬火工艺的适用性很好，操作人员在对淬火工艺掌握程度不好时，或机械零件容易变形时，也会使用这种材料。在这种做法中，零件材料的应用效率会高一些，这就避免了其他材料的浪费，零件的质量也可以得到保证。

4、选择无污染材料

在机械制作中，有些材料属于污染性材料，有的是在生产过程中，产生对环境对人体有害的物质，有的则是生产完毕，在成品应用中释放污染。在机械设计中，相关人员就应选择无污染，对人体无害的材料。比如一些合金元素中，会存在很多六价铬离子等，这些都会对人体造成危害，这些合金元素应被筛选出去。即使在组装机械时，出现这些材料，也不应使用，要做好妥善处理，不能随意填埋处理，毕竟很多元素具有溶水性，做好妥善处理，人体安全和环境才不会受到威胁。

5、选择可重复利用材料

机械有时报废后，有些零部件材料还可以应用，在其他的材料选择时，也会遇到一些二次材料，这些材料虽然是回收利用，但在质量和性能上还未到达使用期限，所以相关人员要做好处理，使这些二次可利用材料应用到最合适的设计中，使金属材料最大程度实现循环利用[4]。将回收的金属材料中组员最少的合金材料作为设计选择材料，这种材料无论在维持生态环境平衡上还是在零件性能提升上都有帮助，相关人员要做好安排。

二.机械设计中材料应用

1、经济与适用性相一致

选择合适的材料后，还要注意使材料应用合理，这种合理性可以表现为经济适用性相一致，体现出材料最大的性价比，如此零件制造商不仅可以节约成本，减少对环境造成的负担，还可以增加收益，保证零件质量和机械质量，与此同时，零件还能与整个机械运转状况相适应。材料应用中，主要对加工工艺进行高要求，使零件在各方面都符合标准。所以材料的热处理、焊接、切削加工等过程都要接受监督，并且材料在每个工艺过程中，都要展现出良好的性能，比如在热处理过程中，材料要表现出流动性和耐温性、淬透性，在焊接过程中，材料要保持冲压性和冷镦性。在切削过程中，还要注意材料本身的硬度要合格。在材料制作成零件的过程中，要注意对材料的使用量进行控制，使其在符合标准的同时符合成本节约理念。此外机械材料应用的适应性和经济性，还应和机械生产总过程结合起来，使工艺路线都合格。

2、节能与环保性相一致

机械材料的节能与环保性本身就是协调相统一的，相关人员在机械设计中，还应注意材料的这一统一性[5]。毕竟生产原材料并不是用之不尽，取之不竭的，相关人员还要对一些珍稀材料的复制品和可代替品进行研究，在材料制作加工的过程中，相关人员还应注意生产环节不会消耗太多的电能或其他能源，原材料消耗也要有限，同时生产环节也应对环境保持无污染性。

结语

机械设计中材料种类繁多，材料性质和性能也多有不同，相关人员要按照择优原则选择材料，在遇到缺陷性材料时，还应采取各种技术做好改善工作。材料在应用时，要使材料符合经济适用、环保、节能原则。如此机械材料应用才会与现可持续发展理念相符合。

参考文献：

[1]吕玉磊.机械设计中的材料的选择和应用分析[J].江西建材，2015（22）：259-260.

[2]应倩梦.机械设计中的材料选择及应用探讨[J].科技视界，2015（21）：148.

[3]池占山.机械设计中的材料选择及应用探讨[J].中国高新技术企业，2015（21）：17-18.

[4]周旭妮，周阳.机械设计中的材料选择和应用探讨[J].硅谷，2015，8（02）：146-147.

[5]孙勇.机械设计中的材料选择及应用研究[J].科技创新与应用，2014（34）：128.