機械設計中的金屬材料選擇及應用研究

周琪

摘 要：迅猛發(fā)展的機械行業(yè)由于促進社會經濟的發(fā)展而倍加受到重視，經濟地位也是越來越高，這也是我國在城市化過程中需要機械制造業(yè)助力所導致的大趨勢。在機械制造行業(yè)中勢必會涉及到機械設計以及金屬材料的選擇和應用，經濟理念轉變的深入也導致機械設計的要求逐步受到重視，所以對于在機械設計中如何選擇金屬材料和如何應用儼然成為一種課題。本文就是針對這樣的問題進行討論，在金屬材料的選擇上，以及應用的理念上進行詳細的闡述。

關鍵詞：機械設計；金屬材料；選擇；應用

我國自改革開放是以經濟發(fā)展為主要工作，而科學技術也是強有力的生產力。建設現(xiàn)代化的工業(yè)強國一直是我國的動力，在制造業(yè)中機械制造業(yè)屬于傳統(tǒng)行業(yè)，也具備引領新行業(yè)的發(fā)展以及提升。在這樣的情況之下，對于發(fā)展機械設計顯得更加的重要和迫不及待。而機械設計的關鍵又在選擇金屬材料以及應用兩個關鍵點上；加之目前國際金屬資源日益枯竭以及環(huán)境污染的大背景之下，如何能夠以可持續(xù)發(fā)展和保持綠色生態(tài)理念的基礎之上保持經濟和環(huán)保、高效的機械設計，是本文討論的價值。所以，機械設計中必須要樹立對金屬材料選擇和應用進行研究的觀念，方能更好的發(fā)展。

一、金屬材料在機械設計中的選擇原則

首先，我們要明白金屬材料的發(fā)展；何為金屬材料，就是由金屬元素為主要或者金屬元素構成具備金屬特性的材料的統(tǒng)稱，其中還包含有合金、金屬化合物、純金屬以及特殊材料。金屬材料依托加工技術和材料的設計進步等條件，徹底從純金屬或者純合金中擺脫，被開發(fā)出高性能的金屬材料。比如機械合金化合物、單晶合金、有序金屬化合物等新型的材料，并且將它們應用在機械設計中可以獲得巨大的經濟回報。

其次，才討論到在機械設計中對金屬材料的選擇中需要注意的要點，如下：

第一，需要考慮零件的工作環(huán)境；環(huán)境溫度會影響金屬材料熱脹冷縮，金屬材料的體積隨著溫度改變，松動或者緊縮等都是受到膨脹系數(shù)的影響，所以金屬材料膨脹系數(shù)較少作為選擇時必須要考慮的；環(huán)境的濕度也會影響金屬材料的性能，此時必須要考慮抗腐蝕和防銹性能的金屬材料；同理可理解需要選擇耐磨性能良好的金屬材料。在不同工作環(huán)境中要求的金屬材料也不同，比如濕熱的工作環(huán)境對金屬零件材料的第一選擇是具備耐腐蝕性能的鋁、具備良好導電性、延展性的鐵廣泛被應用在工業(yè)中，金屬材料中不同的特性體現(xiàn)了對工作環(huán)境的承受能力，必須要從零件所處的工作環(huán)境作為前提去考慮，從而合理的選擇金屬材料，有利地運用金屬材料的特點。

第二，金屬材料的載荷和應力：材料的載荷水平對于機械設計過程中必考慮，這是如果壓力夠大的話，沒有足夠的載荷水平的金屬材料去支撐，就會在機械制造工作的后期出現(xiàn)使用受到抑制甚至出現(xiàn)失效的情況，機械零件就不能夠發(fā)揮應有的作用；靜載荷的工作情況一般適用在脆性的材料之中，而塑性材料都會用在具備沖擊載荷的情況之下，所以需要對各種金屬材料是塑性還是脆性進行區(qū)分和選擇，評估過材料的載荷，機械的外觀造型需要考慮材料的可塑性帶來的影響，機械制造中如果想要體現(xiàn)完美的造型就必須要各方面都達標才可以。

第三，金屬材料的經濟性和時效性，成本的控制是企業(yè)運行的一大課題，機械設計中選擇金屬材料的時候必須考慮到經濟性的原則，不過前提就是要確保材料的機械性能，供應量大、低成本的加工工藝、價格相對低的金屬材料是首選。金屬材料的壽命決定機械設計的時效性，機械零件的使用過程中會隨著時間推進出現(xiàn)零件損壞的情況，金屬材料的時效性可以通過實驗來選擇較為合適的。

第四，金屬材料的復雜結構程度及加工性能：材料的加工性能和復雜程度是機械設計中必須要考慮的問題，鑄造、焊接、沖壓、切削等性能是金屬材料的加工性能，同時需要利用板材沖壓的辦法來完成復雜零件的焊接、鑄造等。如果金屬材料想要利用在機械的零件制造之中，就必須符合各項的加工要求，否則就不適合作為零件的金屬材料。

第五，金屬材料的環(huán)保及可循環(huán)性：金屬材料如果含有對人體健康產生不良影響的元素，比如鉻、鉛、鎳等，盡量要不使用此類的金屬材料。因為金屬材料運用在機械加工制造之中，廢物對外排放會造成環(huán)境的污染，直接或者間接通過生物鏈的原理對人體的健康產生惡劣的影響，所以在選擇此類的金屬材料時候一定要謹慎，切勿采取“殺敵一千自損八百”的愚昧想法。可持續(xù)發(fā)展是我國發(fā)展經濟時候明白其的重要性。對于金屬材料而言，如果報廢的材料不能合理的回收那是多可惜的一件事情。單合金相對多金屬合金要容易回收，盡管混合多種金屬為合金來達到金屬材料性能的預期效果，但是其回收成本太高不適合可持續(xù)的發(fā)展。為了金屬材料的可持續(xù)利用，首要考慮單個的合金以及組成元素種類少的合金。

二、機械設計中對金屬材料的應用研究

金屬材料的選擇再機械設計之中是需要考慮到其經濟性與環(huán)保性的。經濟性原則一直是企業(yè)需要考慮的問題，在考慮經濟學的問題基礎之上要明白其是否符合適用性的原則。就是在機械設備滿足加工中的經濟原則之后，需要發(fā)揮到金屬材料自身的性能。在金屬材料應用自重，碳素鋼和合金鋼是應用較為廣泛的金屬材料，這是良好的高性價比的加工材料，不足之處就是強度不高以及韌性低，所以需要往碳素鋼之中加入適量的合金成為合金鋼。合理的制造工藝的保障才能夠考慮金屬材料的經濟性能，不止是金屬材料的價格，還有利用的程度、加工的費用等經濟性問題需要考慮，最后再選擇合適的金屬材料。環(huán)保和節(jié)能往往都是互相包括的，再機械加工制造過程之中產生的廢物有多大的危害，取決于金屬材料是否具備少污染或者低能耗的特性，否則環(huán)保的概念就無法保證；然后需要保證金屬材料使用的種類，以可回收、再生或者易降解材料為首要的選擇；最后可以考慮新型的金屬材料，達到安全、環(huán)保、節(jié)能為目的的金屬材料為最佳選擇。

最后，我們以銅金屬的材料應用研究來闡述說明。選擇銅金屬材料一定要保證對銅加工過程中污染小的原則，這樣才能夠保證環(huán)保性原則；以低能耗的銅金屬材料為最佳選擇。

為了避免銅金屬材料在加工過程中對環(huán)境的污染，應該會盡可能選擇簡單工藝的銅金屬材料來處理，首先會選擇替代那種對人體有副作用或者環(huán)境有影響的金屬材料，就是篩選到對人體沒有危害的銅金屬材料；另外，也會對新型銅合金材料進行替代傳統(tǒng)材料的考慮。利用銅金屬泡沫來充當填充材料，主要應用在大強度、輕質量的空心夾層板上面。利用銅的加固物件來對骨架架構進行填充，不僅能夠吸收外界的沖擊力，還能夠對骨架彎曲情況的避免，能夠起到保護支撐體和表面的作用。銅金屬材料具備優(yōu)良的導熱性能，可以對熱量進行有效的傳遞，普遍應用在高效率的熱交換器當中。同理，銅金屬泡沫因為不能夠被燃燒而作為良好的防火材料。以回收再利用的概率來看銅金屬材料的話，其對人體或者環(huán)境的影響都不是很大，很適合用在機械設計的金屬材料選擇之中。

結語：機械設計會隨著經濟的發(fā)展而受到社會上的廣泛關注，也是推動經濟的動力之一。對于影響機械設計中的金屬材料的選擇，對于業(yè)內也是越來越受到關注。機械設計工作之中，必須要合理地對金屬材料進行選擇，這是一道重要的環(huán)節(jié)，完成這樣的環(huán)節(jié)必須要從多方面去考慮清楚。不僅從完成機械制造過程中的性能、適用性，還要從環(huán)保、節(jié)能以及經濟性能等方面去綜合去考慮清楚，從而擇優(yōu)選擇符合自己目前情況的金屬材料。如此才可保證機械設計下的產品的性能和質量，也能為機械制造業(yè)的發(fā)展貢獻自己的綿薄之力。

參考文獻：

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