潘晓涛

摘要：近年来随着我国科学技术的不断发展，对于机械制作行业也起到了良好的促进作用。在这一趋势下对于机械设计工作也提出了更高的要求。金属材料的选用作为机械设计中的重要内容，但是目前我国机械材料市场还不够完善，在机械设计过程中选用的金属材料还会受到一定的限制，这也就需要相关设计人员能够进行金属材料的合理选择，充分发挥出金属材料的作用，促进机械设计质量跟设计效果进一步提高。

关键词：机械设计;金属材料;选择;应用

1机械设计中金属材料的选择原则

1.1机械性能

在机械生产制造中，材料选择应考虑金属材料的载荷力和载荷特性，特别是机械设计中的材料载荷力和塑性，这是决定企业生产的机械产品性能的关键。设计人员在以后的设计过程中要保证机械的良好使用效果，应尽量选择高负荷水平的金属材料，否则，由于金属材料的低负荷性能而导致的使用障碍或使用失败等不良反应将影响企业生产的材料的效果。企业技术人员应认真审查加工材料，测试材料性能，评估材料性能参数;如有必要，材料还应进行淬火和回火、渗碳、渗氮和其他技术处理。

1.2零件的工作环境

不同工作环境下的零件，对于金属材料的性能也存在有一定差异性，这也是机械设计中进行金属材料选择时所需要重点关注的问题。在金属材料选择时，需要就常见的压力变化、温度变化、电导率变化以及体积变化等工作环境进行明确，比如在湿热工作环境下金属材料还容易受到腐蚀的情况，因此机械设计中需要选用一些抗腐蚀能力比较强的金属材料，这样才能够避免环境因素对于材料所造成的损害情况发生，保障机械产品的运行可靠性不会受到外界环境的影响。

1.3加工需求

金属零件的生产工艺繁琐，各种金属零件的结构也比较复杂。因此，在加工金属材料时，应考虑材料本身的性能。只有在满足生产要求的条件下，才能进一步进行机械设计，这也是设计者必须考虑的一个实际因素。对于一些生产工艺复杂的零件的加工工艺，企业需要进一步采用高端加工技术，如板材冲压、元件焊接等加工工艺，以检测金属材料的加工性能。如果它们不能通过材料性能测试，就不能应用于实际的机械制造。只有当金属材料本身具有良好的冲压和切割能力或铸造和焊接性能时，才能适应更高水平的机械制造。然而，现代工业的机械制造生产需要综合性能更好的金属材料。

1.4材料经济性

材料经济性会直接决定机械设备的生产效益，因此在金属材料选择过程中，除了材料性能能够满足机械设备的实际上生产需求之外，还需要就材料的经济性进行综合性考虑，做好材料设计中所有环节的成本计算，通过适当的材料组合，降低机械设备的生产成本。因此设计人员还需要对材料市场有充分掌握，并在保障材料性能满足机械设计基础上，尽可能选择一些经济性比较高的金属材料，为机械制造企业带来良好的经济效益。

1.5材料的适用性

在金属材料选择过程中还要遵循适用性原则，保障金属材料的功能能够得到最大限度的发挥。比如说碳钢素金属材料在机械零件加工中比较常见，但是在淬火加工过程中还容易出现变形或者断裂的情况，因此在一些需要进行淬火处理的机械零件制作过程中，不得采用碳钢素金属材料进行材料制备。只有保障材料的适用性，才能够满足机械制作的设计需求，为企业带来更大的经济效益。

2机械设计中金属材料的环保性选择与应用

2.1选择污染小与耗能低的材料

企业应在机械制造和生产中认真贯彻现代可持续发展理念。金属材料的选择应尽量避免加工过程中产生大量废气和废弃物，从而有效减少机械生产造成的环境污染和资源浪费。经过热处理后，某些金属材料的性能将得到改善，使用寿命将延长。然而，热处理过程中的环境污染现象也会消耗大量的能源。因此，制造企业应尽量避免使用需要大量热处理的材料。如果某些金属材料无法避免热处理，企业也应尽量选择处理工艺较少的材料，以有效降低能耗和环境污染。

2.2进行环保型材料的选择

一些材质的金属材料还有着可回收性以及再生能力强的应用优势，在机械设计过程中还能够实现材料的循环使用，并有着良好的环保效果。因此在金属材料的选择过程中需要尽量挑选一些环保型材料，这样不仅能够实现经济上的有效节约，对于我国生态环境也有着一定的保护效果。在机械制作中所应用到的金属材料类型比较多，不同类型的金属材料其制作工艺也存在有一定差异性。因此在保障了金属材料使用性能基础上，在材料选用过程中需要尽量避免过于复杂，因为如果材料的种类比较多，还会导致废弃回收难度进一步增加，导致材料浪费等问题发生。

2.3选择新型安全材料

近年来随着我国科学技术的不断发展，越来越多的新型材料在机械制作中也获得了良好的应用效果，其安全性能与环保性能较之于传统材料也得到了大幅度的提升，对于环境保护工作也有着积极意义。一般情况下传统的金属材料自身还具备有非常强的危害性，在后期加工过程中因为一系列的化学变化，还会导致有害气体产生，对于接触者与当地环境也会造成严重损害。因此在机械设计过程中进行金属材料的选择时，还需要在满足了机械设计要求基础上，尽可能选择新型材料来进行机械零件的制造工作，避免传统材料使用中所造成的经济损失跟生态破坏。例如金属泡沫材料就是一种比较安全的应用材料，不仅对人体以及环境不会产生副作用，还有着可循环利用、适用性强的应用优势，在高功率的机械电子设备中也能够获得良好的应用效果。

2.4表面硬化技术与选材

机械设计材料需要后期进行再加工處理，比如通过表面硬化技术促进零件自身的耐磨性以及抗蚀性进一步提高。目前在机械设计与制造过程中选用的表面硬化技术具体包含有渗碳技术以及氮化技术两种类型，其处理方法以及应用特点也存在有较大差异性。一般在采用渗碳技术提升金属材料避免硬化度时，需要在操作过程中将材料放置到渗碳炉中，增加钢材材料的碳含量，随后进行淬火处理，让材料硬度进一步提高，最后通过低温回火技术提高材料稳定性。如果在机械设计中需要对金属材料进行渗碳技术处理，在金属材料选择过程中要对零部件的尺寸、芯部强度进行明确，避免过度使用材料所导致的成本增加问题发生。一般零部件有效截面积小于50mm时可以选用20Cr以下的材料，如果截面积在50m2～150m2但是重量小于50kg时，一般可以选择20Crmnti。在结合实际需求进行渗碳程度的选择。

在进行氮化处理过程中，常用的是45型号的氮化处理技术，并且具备有能够显著减少变形率的应用优势。在氮化炉中进行金属材料性能的改善时，能够直接省去后续的施工环节，促进加工处理质量进一步提高，还能够显著避免再次处理过程中所耗费的时间与资源。针对部分有着特殊要求的机械零件，可以结合其他调质技术，促进金属材料的强度与耐磨性进一步提高。

结论

在现代社会的发展中，机械设计行业对国民经济的增长和工业现代化的发展起着重要的推动作用。基础材料的合理选择不仅可以优化机械设计的各个环节，而且可以为企业的发展提供帮助。企业选材应符合实际加工工艺的要求，提高其经济适用性和环保利用率。只有坚持走可持续发展道路，机械制造企业才能在现代经济市场中获得更广阔的发展空间。

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