機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用

王卓宸

（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽 471199）

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用

王卓宸

（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽 471199）

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們對機(jī)械方面的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求也在不斷變化，尤其體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用。文章通過對機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇與應(yīng)用的重要意義、選擇材料的注意事項(xiàng)和材料應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)等三個(gè)方面進(jìn)行了分析研究，從而論述了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的正確選擇和應(yīng)用會增強(qiáng)機(jī)械工作實(shí)際操作的安全性，而且達(dá)到企業(yè)在機(jī)械生產(chǎn)中節(jié)能減排的目標(biāo)。

機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇與應(yīng)用；重要作用；注意事項(xiàng)

目前，全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷加快，城市化建設(shè)的規(guī)模日益擴(kuò)大，在這一環(huán)境下機(jī)械行業(yè)在拉動國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力方面起到了重要作用，要想使我國的國民經(jīng)濟(jì)不斷提高，提高機(jī)械行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益就是起決定作用的做法之一。人們應(yīng)該在機(jī)械設(shè)計(jì)的工作過程中做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改變，相關(guān)工作人員在日常工作中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要認(rèn)真對待，機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇與應(yīng)用關(guān)系到生產(chǎn)出來的機(jī)械的質(zhì)量以及機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的健康發(fā)展，當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中遇到困難和瓶頸時(shí)，要及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。在科學(xué)發(fā)展的理念下，現(xiàn)代社會對機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的原則與應(yīng)用方面提出了新的要求，相關(guān)部門和相關(guān)的工作人員在機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇與應(yīng)用方面既要滿足機(jī)械生產(chǎn)的需要還要在機(jī)械設(shè)計(jì)的整體過程中滿足經(jīng)濟(jì)利益和社會效益，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇和應(yīng)用的過程中，要注重材料運(yùn)用中各個(gè)零部件的合理性以及各個(gè)零部件之間的協(xié)調(diào)和配合。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇與應(yīng)用的重要意義

現(xiàn)在，我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會不斷進(jìn)步，隨之而來的機(jī)械的生產(chǎn)和加工也面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)械設(shè)備需求的不斷增長，機(jī)械設(shè)計(jì)方面所應(yīng)用的材料被大量的開采使用，使機(jī)械設(shè)計(jì)中需要的材料越來越稀缺，機(jī)械設(shè)計(jì)所需要的材料的需求與各種機(jī)械設(shè)計(jì)的材料的稀缺之間的矛盾越來越大。而且社會在進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域都需要原材料，因此使機(jī)械設(shè)計(jì)中可應(yīng)用的原材料越來越少，這就使機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的空間進(jìn)一步被壓縮。原材料是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的一個(gè)基礎(chǔ)元素，它缺一不可，為了保障機(jī)械設(shè)計(jì)的有效完成就必須要解決材料的供應(yīng)問題。這些問題就是機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用中存在的巨大問題。從這些問題中出發(fā)，如何使機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用發(fā)揮最大作用，發(fā)揮其環(huán)保性和可持續(xù)型，使機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和社會效益不斷的增加，可持續(xù)發(fā)展，是我國相關(guān)部門和相關(guān)工作人員面臨的巨大問題之一。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)該注意的事項(xiàng)

機(jī)械設(shè)計(jì)中最主要的工作事項(xiàng)之一就是材料的選擇，材料的質(zhì)量高低直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)整個(gè)工作質(zhì)量的高低。要想做好機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇工作，第一就是選擇的材料必須要滿足機(jī)械制造中各個(gè)零部件在運(yùn)行的過程中使生產(chǎn)出來的機(jī)械性能，物理性能和化學(xué)性能得到提高等等的需求。第二就是要注意選擇的材料在機(jī)械生產(chǎn)和加工過程中必須具有很強(qiáng)的可操作性，、經(jīng)濟(jì)性和工人在工作過程中的安全性。在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的過程中，有具體的幾個(gè)方面的要求，以下就是相關(guān)工作人員需要特別注意的：

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料載荷類型的選擇。通過大量的調(diào)查研究，其結(jié)果表明，在機(jī)械設(shè)計(jì)的工作過程中，過多的零部件之所以失效其根本原因就是機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的外載荷性能所影響的。然而機(jī)械零部件所具有的各種各樣的應(yīng)用性能卻能很好的抑制這種零部件失效的問題。這就體現(xiàn)出了機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇材料的外載荷性能和零部件能很好的抑制失效問題之間的矛盾所在。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇過程中，要尤其注意所選零部件材料載荷能力的大小和應(yīng)力能力的大小。具體的說，可以把機(jī)械設(shè)計(jì)中材料載荷性能的選擇分為以下兩點(diǎn)：①當(dāng)材料外載荷的作用力使機(jī)械材料的零部件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時(shí)，其最大的應(yīng)力就幾乎全部集中于所用機(jī)械材料的表層之中了。這就充分表明機(jī)械材料表層的性能可以在抑制機(jī)械材料在零部件失效問題上發(fā)揮巨大的作用。如果在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇的材料需要達(dá)到這種程度的載荷作用時(shí)，就可以選擇采用中碳鋼調(diào)質(zhì)或者是低碳鋼滲碳的處理方法對其進(jìn)行機(jī)械的加工和制造。②在機(jī)械的制造過程中，有些零部件只需要單一的承受拉伸、剪切或者壓縮應(yīng)力，這是機(jī)械材料的外載荷作用力沿著機(jī)械的整個(gè)零部件橫截面均勻分布的，這就是說，相關(guān)工作人員在機(jī)械設(shè)計(jì)的工程之中，要應(yīng)用各個(gè)部分性能可以均勻分布的零部件材料，從而使機(jī)械的加工和生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)工作效率得以提高，保障機(jī)械制造的順利進(jìn)行。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)中碳素鋼與合金鋼材料的選擇。在目前的機(jī)械材料選擇的市場中，因?yàn)樘妓劁摫旧淼募庸ば阅芎?、操作性能?qiáng)和成本價(jià)格優(yōu)越等方面的優(yōu)勢，使碳素鋼得到了廣泛的應(yīng)用。但是相關(guān)工作人員要注意一些問題，這種碳素鋼有一些缺陷，比如：碳素鋼的強(qiáng)度低、韌性低；中等形狀以上的材料的零部件沒辦法對其進(jìn)行熱處理加工淬透作業(yè)等等。這些方面的缺陷使碳素鋼在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇中受到了很大的限制。但是經(jīng)過不斷的研究，發(fā)現(xiàn)只要在碳素鋼中加入一定比例的合金元素就可以形成合金鋼。形成的合金鋼的強(qiáng)度與韌性方面都有了一定的提高，在一定程度上，還使零部件增加了一些特殊的性能，例如：耐腐蝕；耐高溫和耐磨損等等。但是大部分的人認(rèn)為，雖然新形成的合金鋼在各個(gè)方面都要比碳素鋼的性能要好，但是在機(jī)械設(shè)計(jì)中只有在材料外載荷作用力較大或者零件的有效截面尺寸較大而且還需要進(jìn)行淬透的情況下才可以選擇應(yīng)用合金鋼這種材料，在其他正常的情況下，仍然選擇使用碳素鋼材料。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中應(yīng)該注重的事項(xiàng)

材料的正確應(yīng)用是材料選擇之后工作質(zhì)量高低的體現(xiàn)和延伸，這一過程在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的工作過程中發(fā)揮很大的作用，不容忽視。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，如何正確選擇材料，充分發(fā)揮其作用是很關(guān)鍵的，受到工作人員的重視是應(yīng)該的，但是材料在應(yīng)用過程中如何保障其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性也是很重要的，同樣應(yīng)該受到相關(guān)工作人員的重視。相關(guān)工作人員在確保機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇工作質(zhì)量的前提下，要正確的處理好材料應(yīng)用過程中的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效益的有機(jī)統(tǒng)一。這個(gè)問題現(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要課題，這也是機(jī)械生產(chǎn)與加工持續(xù)、健康發(fā)展的一個(gè)必然要求。相關(guān)工作人員在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中想要貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的觀念，就必須要注意以下兩個(gè)方面：

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中要使適用性和經(jīng)濟(jì)性得到統(tǒng)一。相關(guān)工作人員必須意識到機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用過程中最重要的問題之一就是使材料的適用性和經(jīng)濟(jì)性得到統(tǒng)一。以下是適用性和經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的具體的分析：①機(jī)械材料零部件的制造工藝就是機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用工作的重要參數(shù)指標(biāo)。在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的工作過程中鑄造工藝,熱處理工藝,切削工藝和焊接工藝等加工處理技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的應(yīng)用中，各有各的特點(diǎn)，每個(gè)工藝的要求都各不相同。具體地說：鑄造工藝是要求機(jī)械設(shè)計(jì)材料的應(yīng)用要具有高流動性、高收縮性和高吸氣性；焊接工藝是要求機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用要具有沖壓性,冷鐓性的特點(diǎn)；熱處理工藝是要求機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用要具有淬透性,過熱敏感性以及氧化脫碳性等特點(diǎn)；切削工藝是要求在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用要具有滿足切削工作中可操作性的特點(diǎn)。②機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用要尤其注重經(jīng)濟(jì)性。這就要求相關(guān)工作人員在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中既要使零部件材料各個(gè)方面的性能得到充分滿足，又要控制減小零部件材料加工過程中的成本。在這一原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國企業(yè)機(jī)械生產(chǎn)和加工過程中的現(xiàn)有條件，對機(jī)械設(shè)計(jì)零部件的制造方式和最佳的機(jī)械制造加工途徑進(jìn)行應(yīng)用和改進(jìn)。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用工作過程中要使環(huán)保性和節(jié)能性得到統(tǒng)一。通過社會的不斷發(fā)展，人們更加關(guān)注生態(tài)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中就要做到既保護(hù)環(huán)境又具有節(jié)能性，這是現(xiàn)代社會對機(jī)械設(shè)計(jì)的新要求。相關(guān)工作人員必須要強(qiáng)化環(huán)保意識和節(jié)能意識，對其充分重視。在經(jīng)濟(jì)社會不斷的發(fā)展過程中，不可再生能源應(yīng)用的范圍越來越廣，但是其數(shù)量卻越來越少，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用過程中一定要注重節(jié)能性與環(huán)保性，使其能夠可持續(xù)發(fā)展。在材料的應(yīng)用過程中，以機(jī)械設(shè)計(jì)的鑄件環(huán)節(jié)為例，在機(jī)械的鑄件階段百分之五左右的成本就決定了最終的百分之八十的鑄件生產(chǎn)成本。通過這一事例就可以看出，重視機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用環(huán)節(jié)的節(jié)能性和環(huán)保性，不僅僅可以最大限度地節(jié)約原材料和成本，減少能源的消耗與浪費(fèi)，還可以有更大的創(chuàng)新空間去滿足機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用環(huán)節(jié)節(jié)能環(huán)保的新要求。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段我國的經(jīng)濟(jì)、社會快速健康發(fā)展，現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)水平也不斷提高，人們的物質(zhì)需求和精神需求也不斷提高，因此對機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)也提出了新的更加全面、更加具體的要求。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中占有越來越重要的地位，在新的時(shí)代潮流下，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的科學(xué)、健康發(fā)展有利于促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工作的不斷進(jìn)步，有利于加快我國的社會化建設(shè)。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域方面，要加大時(shí)間和精力的投入，保障其行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。文章通過對機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討，希望可以對機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)研究可以提供一定的參考，對以后的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展有所幫助。

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Selection and App lication of M aterials in M echanical Design

WANG Zhuo-chen
（CITIC Heavy Machinery Co.，Ltd.，Luoyang，Henan 471199，China）

With the continuous improvementof the levelof science and technology in China，the design requirements ofmechanicalaspectsare also changing，especially in the choice and application ofmaterials inmechanicaldesign.This paperanalyzes the importance ofmaterialselection and application inmechanicaldesign，the precautions for selectingmaterialsand the precautions in the processofmaterialapplication，and discusses that the correctselection and application ofmaterials inmechanicaldesign can improve thesecurity in actualoperation and help enterprises realizeenergy-savingemission reduction targets in the production.

mechanicaldesign；materialselection and application；important role；precautions

TH122

A

2095-980X（2017）05-0013-02

2017-04-23

王卓宸（1990-），男，主要研究方向：工程機(jī)械。