淺析有色金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用

卜磊

摘要：基于對有色金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇與應(yīng)用的研究，首先，闡述金屬材料分類，其中包括黑色金屬材料、有色金屬材料、非金屬材料。然后，針對有色金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用，給出加強(qiáng)對使用性能的分析、加強(qiáng)對工藝性能的研究、考慮其經(jīng)濟(jì)性問題等措施。最后，需要意識到有色金屬材料對于機(jī)械設(shè)計(jì)的重要作用，從而對其進(jìn)行合理利用。

關(guān)鍵詞：有色金屬材料;機(jī)械設(shè)計(jì);零件

一、金屬材料分類

（一）黑色金屬材料

鐵與鐵合金被稱為黑色金屬材料，也就是人們所熟知的鋼與鑄鐵材料。從目前我國的發(fā)展過程中可以看出，鋼與鑄鐵使用范圍較為廣泛，不僅產(chǎn)量較多，在各個行業(yè)中都能夠得到合理使用。鐵與碳兩種元素是鋼與鑄鐵的重要組成部分，所以，鐵與鑄鐵屬于鐵碳合金。

（二）有色金屬材料

有色金屬材料通俗來講就是除了鋼鐵以外的金屬材料，此類金屬材料都被稱為有色金屬。有色金屬材料被分為不同類型，比如，銅合金、鋁合金、銅以及軸承合金等。雖然目前我國有色金屬材料在產(chǎn)量以及用量上，相較于鋼鐵材料而言較少[1]。但是，有色金屬材料有著自身的優(yōu)勢與性能，所以，隨著社會的不斷發(fā)展，使得有色金屬材料的應(yīng)用也逐漸增多。

（三）非金屬材料

非金屬材料材料種類較多，在工程材料中，較為常用的非金屬材料有橡膠、陶瓷以及工程塑料等。隨著社會的不斷發(fā)展，許多新型的非金屬材料被研發(fā)出來，比如，粉末冶金、形狀記憶合金、納米材料等。其中納米材料以及粉末冶金，在工程建設(shè)工作中得到廣泛應(yīng)用。

二、選擇材料的基本原則

（一）材料的經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能

經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，良好的生態(tài)環(huán)境是每個行業(yè)健康發(fā)展的基本前提。同時，經(jīng)濟(jì)效益也是機(jī)械制造企業(yè)追求的目標(biāo)，選擇性價比較高的材料，可以縮減成本，為企業(yè)帶來更多的利益。因此，在選擇材料時，要充分考量各種因素。例如，包括所選材料的供給狀況、所選材料加工的難易程度、材料的轉(zhuǎn)化率、材料價格的高低及獲取的難易等，最大限度為企業(yè)降低生產(chǎn)成本。

（二）載荷力的大小和荷載力性質(zhì)

荷載力大小和荷載性質(zhì)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中非常重要，材料的荷載力和可塑性優(yōu)良，就能保障機(jī)械使用過程中性能優(yōu)良。設(shè)計(jì)師在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中想要保證后期機(jī)械的使用效果，避免由于所選材料的荷載水平差而引起的使用受抑制或使用失效的種種不良反應(yīng)，就必須認(rèn)真審慎的對材料加以判斷、選擇。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)對材料進(jìn)行評估，如有需要還要對其進(jìn)行調(diào)質(zhì)、滲碳、氮化技術(shù)等處理。

（三）零件的尺寸與質(zhì)量

機(jī)械制造幾乎是一個要求零容錯率的行業(yè)，在零部件生產(chǎn)制造過程中，可能會因?yàn)椴划?dāng)選材，使一些金屬材質(zhì)部件質(zhì)量、尺寸不合格，造成資源浪費(fèi)，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成重大損失，因此，選擇材料一定要格外謹(jǐn)慎，要認(rèn)真細(xì)致地全面考量，仔細(xì)甄別。

三、有色金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用

金屬零件在設(shè)計(jì)制造過程中，需要對金屬材料的適用條件、耐久度等各項(xiàng)問題進(jìn)行充分考慮。這樣才能結(jié)合實(shí)際情況，保證有色金屬材料選擇與應(yīng)用的科學(xué)性與合理性。將其應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，使得機(jī)械性能得到保障。在各項(xiàng)工作的開展過程中，能夠?qū)⒆陨淼淖饔门c價值充分發(fā)揮。因此，為使得機(jī)械設(shè)計(jì)工作能夠順利展開，保證機(jī)械性能。在有色金屬材料的選擇與應(yīng)用過程中，要注意以下幾點(diǎn)問題：

（一）加強(qiáng)對使用性能的分析

在將有色金屬材料應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，需要加強(qiáng)對金屬材料的使用性能的分析與了解。對于金屬材料的適用性問題，需要通過材料塑性、材料強(qiáng)度、材料剛度以及材料的耐熱性進(jìn)行衡量。為使得材料的基本需求能夠得到滿足，一般情況下會加強(qiáng)對金屬零件工作條件以及失效形式進(jìn)行分析與研究。比如，針對其中的機(jī)械金屬零件工作條件，在對工作條件的明確過程中，需要通過對正常工作情況下的工作溫度以及受力情況進(jìn)行分析，從而明確金屬零件的實(shí)際工作條件，進(jìn)而為其創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。失效形式主要是指，機(jī)械金屬零件在使用過程中，會出現(xiàn)相應(yīng)的過量變形問題、斷裂問題以及尺寸變化問題，此類都被稱為失效形式。對于金屬零件的失效形式，需要對材料的力學(xué)性能展開相應(yīng)分析工作，針對失效形式給出相應(yīng)改進(jìn)措施與改進(jìn)方案。

（二）加強(qiáng)對工藝性能的研究

有著良好的工藝性能主要是指，所選擇使用的材料，可以通過最為簡單的方式，制作出相應(yīng)零件。所以，在許多情況下，工藝性能良好會成為材料選擇的重點(diǎn)。比如，鑄鐵不可以鍛打、塑性較小的材料不能被沖壓、外形較為復(fù)雜的零件，通常情況下只能采取鑄造的方式。高分子復(fù)合金屬材料在實(shí)際的制作過程中，制作工藝較為簡單，不僅切削加工較為簡單，同時能夠具備良好性能。但是該工藝也存在一定的缺點(diǎn)，那就是在實(shí)際工作過程中，導(dǎo)熱性能相對較差。在切削加工期間，熱量不易被散發(fā)出去，致使工件溫度的不斷增加，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的變軟問題或者變焦問題。尤其是陶瓷材料，陶瓷材料在成形之后，幾乎無法進(jìn)行再次加工，但是可以使用碳化硅工藝技術(shù)或者金剛石砂輪磨削技術(shù)。

（三）機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用的環(huán)保性與節(jié)能性

第一，選擇加工過程中污染小、能耗低的材料。堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，盡量選擇在加工過程中產(chǎn)生廢料、廢氣較少的材料，以降低資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。盡量在加工過程中選用熱軋、冷軋狀態(tài)下就可以達(dá)到提高性能和使用壽命的材料，避免污染大，耗能多的弊端;選擇熱處理工序少的材料，由于各種材料的性質(zhì)不同，所以在加工中所能承受的處理環(huán)節(jié)也是不同的，如若建工環(huán)節(jié)較少，則可以減少能源的過度損耗，從而使經(jīng)濟(jì)效益與節(jié)能環(huán)保同步發(fā)展。第二，選擇可再生、可回收材料。盡可能的優(yōu)先選取可再生、可回收的材料，這樣做的好處是可以進(jìn)行二次利用，不僅僅在經(jīng)濟(jì)上縮小開支，同時也促進(jìn)了環(huán)境的保護(hù)，另外在產(chǎn)品用材上，要盡量控制其使用的種類，過多的種類，對于分類回收極其不利，極易造成資源的浪費(fèi)。第三，選用危害性小或無危害性新型材料。很多傳統(tǒng)的金屬材料在加工制造過程中會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對人體及環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，因此在選材上要盡量避免這種材料的使用，盡量選擇如金屬泡沫這類的新型材料替代傳統(tǒng)材料，不僅不能燃燒，而且能夠被再次回收利用，是不可多得的無毒害材料。

（四）考慮其經(jīng)濟(jì)性問題

在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，對于有色金屬材料的選擇，還需要對其經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行充分考慮。一般情況下，經(jīng)濟(jì)性較好的材料主要是指，所選用的材料能夠花費(fèi)更少的成本，制造出相應(yīng)的機(jī)器，同時使得機(jī)器的質(zhì)量得到保障。如果從化學(xué)成分角度對經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行分析，那么因?yàn)殄冭F成本相較于合金成本要低，所以，應(yīng)該優(yōu)先選擇金屬元素含量相對較少的鋼材料。如果從加工工藝角度對經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行分析，那么可以用鑄造代替鍛造、用鐵代替鋼，不僅可以使得生產(chǎn)工藝得到簡化，同時可以在很大程度上降低生產(chǎn)成本。對于安全使用要求較高，并且需要考慮經(jīng)常維修的零部件，可以選擇使用質(zhì)量較高的材料，通過該種方式，不斷降低維修成本。與此同時，在這一過程中，還要不斷創(chuàng)新新型材料，使得整個設(shè)計(jì)成本能夠得到降低。

結(jié)束語

綜上所述，有色金屬材料對于機(jī)械設(shè)計(jì)工作的展開具有重要作用。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，要加強(qiáng)對有色金屬材料的合理利用，制定不同的材料選用方案。這樣才能在最大程度上保證設(shè)計(jì)工作的順利展開，同時保證機(jī)械性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊理京，張平祥，王少鵬，李爭顯.氧化敏感有色金屬材料的冷噴涂研究進(jìn)展[J].熱噴涂技術(shù)，2018，10（04）：23-32.

[2]徐龍剛.深入探討有色金屬材料的加工與發(fā)展[J].中國金屬通報(bào)，2018（04）：28-29.

[3]左鐵鏞，戴鐵軍.有色金屬材料可持續(xù)發(fā)展與循環(huán)經(jīng)濟(jì)[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2008（05）：755-763.

[4]黃伯云.我國有色金屬材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2004（S1）：122-127.

[5]蘇向東，王天民，何力，汪大成.有色金屬材料的環(huán)境負(fù)荷定量評價模型[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2002（01）：98-102.