金屬材料在機(jī)械設(shè)計中的選擇與應(yīng)用分析

高 鵬，韓 偉

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

在現(xiàn)階段建設(shè)現(xiàn)代工業(yè)化強(qiáng)國目標(biāo)的引領(lǐng)下，機(jī)械制造行業(yè)取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步，而其得以發(fā)展的關(guān)鍵因素便是材料的選擇與應(yīng)用。但是由于當(dāng)前環(huán)境惡化、資源枯竭，其發(fā)展受到了一定的阻礙，所以，我們要在堅持經(jīng)濟(jì)、低碳、環(huán)保的前提之下，利用現(xiàn)有資源，致力于機(jī)械設(shè)計的材料選擇與應(yīng)用領(lǐng)域，使機(jī)械制造行業(yè)得以平穩(wěn)發(fā)展。

1 在機(jī)械設(shè)計中金屬材料選擇的基本原則

1.1 金屬材料荷載力的大小與荷載力性質(zhì)

在機(jī)械設(shè)計行業(yè)中，材料荷載力大小與荷載力性質(zhì)是我們需要關(guān)注的關(guān)鍵點。如果材料的荷載力與可塑性良好，那么用這種材料設(shè)計出的機(jī)械設(shè)備在使用的過程中就會表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，還會使機(jī)械的工作時間增長，工作效率提高。因此，如果機(jī)械設(shè)計工程師在機(jī)械設(shè)計過程中想要保證后期機(jī)械的使用效果、使用時長與使用效率，并且不想因為材料荷載力的原因而在使用時出現(xiàn)諸如使用受到限制、使用失效、使用效率低下、使用時長不符合出場標(biāo)準(zhǔn)等等不良方應(yīng)的話，機(jī)械設(shè)計工程師便不得不在設(shè)計機(jī)械之前認(rèn)真地對機(jī)械設(shè)計制造中需要用到的各種材料加以判斷、選擇，進(jìn)行荷載力測驗等工作。

1.2 零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工性能

一般來說，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的零部件往往在制造的過程中采取的加工技術(shù)手段越多，這些加工手段包括板材沖壓元件、焊接、毛坯鑄造等；而論及我們要考慮的金屬材料的加工性能，便是對材料本身的各種性能加以考驗，這些考驗包括沖壓性能考驗、切削性能考驗、鑄造性能考驗、焊接性能考驗等在內(nèi)的諸多方面的考驗，如若我們選擇的金屬材料無法通過這些考驗，那么，這些材料便無法應(yīng)用于機(jī)械制造當(dāng)中。

1.3 零部件的特殊工作環(huán)境

在金屬材料的選擇過程中要對以下因素進(jìn)行考量：第一，我們在選擇金屬材料時要對溫度因素進(jìn)行考量。我們都知道，大部分金屬的物理性質(zhì)會隨溫度的變化而變化，比如金屬都會發(fā)生熱脹冷縮，金屬的導(dǎo)電性能會隨溫度變化，金屬的物理狀態(tài)會隨溫度發(fā)生變化等等。然而不同金屬的物理性質(zhì)隨溫度變化的大小幅度是不同的，比如：不同種類的金屬雖然都發(fā)生熱脹冷縮，但是體積的變化有大有小，其自身的膨脹系數(shù)也各不相同，因而我們便要根據(jù)不同溫度環(huán)境下對金屬材料理化性質(zhì)的要求來選擇不同的金屬材料。第二，我們在選擇金屬材料時要對環(huán)境的濕度以及對金屬的腐蝕性因素進(jìn)行考量。一般要求這種金屬材料要擁有良好的耐腐蝕的性能，還要具有防銹化的性能，并且，僅僅具有這些特點還不夠，在高腐蝕，高濕度的環(huán)境中工作的零部件還需要具有很長的使用壽命，不然的話，在這種環(huán)境中進(jìn)行零部件的更換將是一件極其困難的事情。第三，我們在選擇金屬材料時還要對所選金屬材料的耐磨性能進(jìn)行考量。在機(jī)械作業(yè)當(dāng)中，零部件的磨損是十分常見的問題，并且，至今還無法找到一種完美的方法完全避免機(jī)械作業(yè)中的磨損現(xiàn)象，因此，我們要想使零部件可以較長時間的工作，便要找尋一些硬度較大、耐磨損性能較好的材料來制作零部件。

2 機(jī)械設(shè)計中金屬材料應(yīng)用的注意事項

2.1 機(jī)械設(shè)計中金屬材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實用性

在機(jī)械設(shè)計制造過程中，材料的應(yīng)用是一項重要的內(nèi)容，而在材料應(yīng)用當(dāng)中，機(jī)械設(shè)計工程師要明白機(jī)械設(shè)計的最終產(chǎn)品一定要滿足經(jīng)濟(jì)實用性的要求，這一點也與材料的使用與材料的加工工藝有莫大的關(guān)系。首先，機(jī)械設(shè)計工程師要在選擇加工工藝之前對設(shè)計進(jìn)行綜合性的評價，并且，機(jī)械設(shè)計者還要對市場有一定的了解，要十分熟悉市場上的各種材料的加工工藝、加工面臨的問題及解決策略、材料的性能、材料的價格、設(shè)計實現(xiàn)的可能性等等各方面的知識儲備要求。并能根據(jù)這些構(gòu)造出自己的機(jī)械設(shè)計藍(lán)圖。其次，我們的設(shè)計人員應(yīng)該在加工工藝確定的前提下進(jìn)行金屬材料的選擇工作，以求可以使生產(chǎn)設(shè)備的實用性得到保證。我們都知道，金屬設(shè)備的生產(chǎn)一般都會涉及到諸如鑄造、生產(chǎn)、裝配、焊接等各式各樣的加工工藝，并且，每一種加工工藝，對所選材料的要求也不盡相同，因此，我們一旦確定所要使用的機(jī)械加工工藝之后，基本上我們在機(jī)械設(shè)計中的金屬材料選擇便會受到限制，幾乎不會再有更多的可選擇性。在現(xiàn)實情況下，金屬材料中的碳素鋼與合金鋼材料具有非常好的加工性能，并且還由于這兩種材料在價格與性價比上所具有的其他類金屬材料不具有的優(yōu)點，所以在機(jī)械設(shè)計中，它們是非常受歡迎的兩種金屬材料。但是，由于碳素鋼具有韌性不足的缺點，所以不能夠加工一些中等的型材，在實際操作中，我們往往會在其中加入一些適宜的成分來創(chuàng)造出有更優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性的合金鋼以求可以提高這種金屬材料的實用性能。

2.2 機(jī)械設(shè)計中金屬材料應(yīng)用的環(huán)保性

我們在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用金屬材料時，要注意環(huán)保性能的體現(xiàn)。我們在此基礎(chǔ)上對材料選擇時要考慮以下方面：第一，我們要優(yōu)先選擇加工過程中污染小的材料。我們要始終堅持可持續(xù)發(fā)展的理念，即選擇的這種材料不能或者極少地出現(xiàn)加工過程中廢料多、廢氣多的情況。我們還需要在實際加工過程中選用在熱軋與冷軋狀態(tài)下可以達(dá)到提升性能與壽命的材料，以求可以規(guī)避污染大這一弊端。第二，我們還要在實際選取材料過程中注重可再生、可回收材料的選擇。這樣一來，不單單可以減少經(jīng)濟(jì)開支，還可以達(dá)到環(huán)保的目的。第三，我們在金屬材料應(yīng)用時要注重選用危害性小或者無危害性的新型材料。在選材時要盡量選擇如金屬泡沫之類的無毒害的新型材料，以減少對人體與環(huán)境的損害。

2.3 機(jī)械設(shè)計中金屬材料應(yīng)用的節(jié)能性

我們在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用金屬材料時還需要注意節(jié)能性能的體現(xiàn)。選材要以降低資源消耗與資源浪費為目標(biāo)。我們在實際選擇中要注意選擇熱處理工序少的金屬材料，因為不同材料的理化性質(zhì)不一樣，所以在加工處理中所能承受的具體環(huán)節(jié)也不一樣，如果可以實現(xiàn)工序的減少，那么，便可以降低能源的消耗，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與節(jié)能環(huán)保的同步發(fā)展。

3 總結(jié)

金屬材料的合理選擇與妥善應(yīng)用是我們應(yīng)該關(guān)注的一個重要課題，我們則必須關(guān)注材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實用性、環(huán)保性與節(jié)能性要求，如此，我們國家的機(jī)械工業(yè)方能真正取得巨大進(jìn)步。