机械设计中的材料的选择及使用

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[摘 要]越来越多的机械设备被应用于我国的工业发展中。在机械设计中选择和应用合适的材料，成为了解决机械行业可持续发展问题的重要课题。在进行机械设计过程中，关注的是合理性的要求，要确保材料选择的科学性，而在应用过程作为材料选择工作的体现和拓展，工作的重心则在于经济性和环保性，要考虑材料应用工作的成本和是否环保。只有这样才能高效的完成机械工作，为机械设计行业的发展奠定良好基础。文章就机械设计中的材料的选择及使用展开分析和探讨，希望可以促进机械设计工作的进步。

[关键词]机械设计；材料选择；材料使用

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0382-01

引言

随着我国现代化的工业发展对于机械设计行业有了新的需求，在整个机械设计行业中机械设计所用的材料和应用是作为机械设计的基础。怎么做好机械设计当中的材料选择和应用，是对机械设计行业的所有从业人员和技术人员必须认真的面对问题所在，不但要保证在材料和设计上的要求，还要注意环境保护和节能减排在机械设计的适用性的应用和经济性的应用。

1 选择材料在机械设计中的重要意义

整个加工行业和机械设计行业在现代化的工业体系不断的完善下必须面临着新的挑战。材料的短缺是由于行业对机械需求量的增加而直接导致的。材料是机械设计和零件生产的基本元素，保证材料的质量和材料的供应，是机械设计行业可持续发展的重要基础。加强机械设计中的材料选择是现在所要面对的问题，一方面要保护环境，节能减排而另一方面要保证选择实用的材料和合适的材料，还要在选择材料的过程中充分考虑材料的环保和经济性，机械设计行业的发展是通过良好的机械设计材料选择工作的结果。

2 机械设计常用的材料

2.1 金属

金属材料是在众多工程材料中使用的最广泛的一种，据有关报道统计，所有机械产品中金属材料占比达到92%以上。这与金属材料本身的性质关系较大。金属材料：（1）硬度高，外力承受阈值较大，不易变形；（2）强度高，在结构中能承受较大的内力，相应稳定性和持久性都会增加；（3）类多样，多样化的金属材料单质和合金能够适用于各种不同工况不同条件下的性能要求，尤其是合金；（4）价格便宜。

2.2 陶瓷

陶瓷材料的主要成分事氮化硅和碳化硅。这种材料的优点包括硬度高、耐腐蚀性好、密度教低、有较好的抗压性。主要缺点是易断裂，价格贵。目前对陶瓷材料应用比较多的是密封零件的制作。

2.3 高分子

在机械设计中多用的高分子材料主要是指塑料和合成纤维。这种材料的特点有：（1）来源丰富，甚至可以从天然气中提取；（2）密度小，适用于需要轻型材料的设计要求；（3）能源消耗低；（4）延展性较好，可塑性强。

2.4 复合材料

所谓复合材料，是指通过物理和化学手段将两种以上不同材料组构成一种新材料，分为金属和非金属两种。金属材料包括各种合金，金属丝。非金属材料有橡胶，陶瓷、新型树脂、玻璃纤维、碳化纤维等。复合材料往往可以满足不同的工艺要求。

3 合适的选择机械设计中的材料

（1）要对材料使用性进行严格的要求，材料的使用性是材料选择中必须猿趾脱细竦闹匾要求，这些因素才是保证材料的质量和保证材料性能的根本。有些零件对强度有很高的要求，零件的不同在选择材料的方面也有着不一样的要求，有一些零件更加注重零件的抗磨性，还有些零件则在外观上更加注重。所以选择材料的时候要坚持根据不同的材料来采取不同的选择，更全面的判断零件在要求方面的使用性能，才能选择出适合材料设计的机械材料。

（2）在材料选择时看是不是符合材料的载荷类型。经过大量的研究和实验，机械材料的外载荷性能是导致大部分零件失效的重要原因所在，在这种问题上机械零部件具有对这种问题进行很好的抑制效果。抑制失效问题能力和外载荷性能问题这两者都比较会出现矛盾，选材的标标准还要是零部件材料的荷载性能。可以将材料的载荷性能总结为多个方面，一，机械材料零部件在外载荷力的作用下发生扭转和外载荷力的作用发生弯曲的情况时候，材料表面会承受大部分的应力，所以材料表面的性能会对材料零部件直接起到实用性的抑制。机械设计在选择材料的过程中需要考虑选择的材料是不是能承受住这种载荷力，在对材料进行加工中可以选择低碳钢渗碳的方式和中碳钢调质的方式，零件内部在经过处理后就会具有较高的综合机械性能。二，一些压缩能力的材料零部件和单纯承受伸拉的材料零部件，都是由于外载荷的作用下在整个零部件的横截面进行分布，所以在机械设计的过程中，必须选择性能分布均匀的加工材料。在承受冲击载荷的过程中，高碳钢制的材料由于比较脆在进行时很容易出现断裂现象，所以在选择压缩力的材料和高拉伸的材料时应该避免这种性能的材料。弹性零件在工作的时候是不允许出现有残余变形现象，必须具备高强度高塑性和充足的韧性，一般零件的制作材料都会选择弹簧钢制的材料。经过多年的经验和研究，发现对于低碳钢施以强韧化的处理就会使弹性零件的使用要求得到满足。所以先进的技术和坚持选择适合的材料的融合才能对生产的质量和性能有所保证。三，合金钢的选择和碳素钢的选择。当前碳素钢在各种材料的选择中是使用率最高的一种材料，碳素钢的价钱便宜和加工工艺性都比较好，所以碳素钢被广泛使用，可是碳素钢也有比较大的缺点在一定程度上限制了所使用的范围。韧性差和强度差是碳素钢的缺陷，中等形状的零件不能被整体的加强这就导致了碳素钢的局限性能。为了加强改善碳素钢的缺陷，可以在碳素钢里加注适量的合金元素，合金钢就是这样形成的一种新材料。在合金结构钢当中合金元素所起到作用有韧性，高强度和增加淬透性。除了这些作用以外材料的耐磨性也是由于形成碳化元素的合金元素注入的，此外合金含量较高的时候也可以使材料的性能得到进一步的提高，在提高的方面有耐腐性方面，不锈方面和耐热方面。一般只有在外载荷力的影响和比较复杂的情况下才会用到合金钢。有时候为了改善淬火的工艺，避免淬或裂纹产生和减小变形也会选择合金钢。是有在以上的特殊情况出现才会选择使用合金钢工艺，一面是为了避免资源浪费而另一方面是为了保证特殊情况下的零部件质量。

4 结语

在机械设计中，材料应用的工作具有着不可替代的重要地位。本文指出，在进行机械设计过程中，关注的是合理性的要求，要确保材料选择的科学性，而在应用过程作为材料选择工作的体现和拓展，工作的重心则在于经济性和环保性，要考虑材料应用工作的成本和是否环保。如何在确保零件实用性的前提下，实现材料应用的环保化、经济化，达到两者的协调统一，是当前机械设计行业必须面对和解决的课题，也是行业蓬勃发展的必然要求。

参考文献

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