淺析機械設計過程中機械材料的選擇和應用

王恩東

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，遼寧 沈陽 110015）

機械材料的選擇和應用是機械制造以及機械設計中最重要的組成部分，而對于材料的選擇，可以直接對機械設計的最終產(chǎn)品質(zhì)量起到很大的保障，并且使得機械制造業(yè)能夠得到更加長遠的發(fā)展。所以，對于機械材料的選擇和應用一直都是這個行業(yè)中，最主要的研究方向和急需解決的問題。首先，在材料選擇的過程中，一定要關注材料本身的實用性和可以使用的范圍；其次，對材料的環(huán)保效益和相關的經(jīng)濟效益，也應該以節(jié)約成本和保護環(huán)境為主要目的，這樣才可以使我國的機械行業(yè)能夠得到更快的發(fā)展，并且與此同時，還能實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)化，對人們的生活質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量的提高，發(fā)揮著重大的作用，也為我國整體經(jīng)濟的綠色發(fā)展提供持續(xù)的動力。

1 材料選擇在機械設計中的重要性

工業(yè)化的快速發(fā)展必然導致各個工業(yè)部門在不斷地細分和完善，而我國的工業(yè)化得到快速發(fā)展以來，使得我國的綜合實力在不斷地變強，尤其是改革開放后，機械制造一直都是推動我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步最重要的組成部分。尤其是對機械設計而言更是如此。在設計的過程中，對于材料的選擇和運用是極其重要的，并且隨著社會的進步，人們對于機械設備的要求會變得越來越高，尤其是對質(zhì)量的重視程度也在不斷提升。因此，只有選擇那些高質(zhì)量、運用廣泛的這些材料，才可以制造出更加符合現(xiàn)在要求的產(chǎn)品。由此可見，機械材料的重要性是最關鍵的。不僅如此，在現(xiàn)代化的發(fā)展過程中，對于機械材料的選擇也應該進行更全面的考慮，在保證機械設計過程中材料的實用性之外，還應該對于環(huán)境保護也提高重視，不能因此而造成大量的污染，破壞當?shù)氐沫h(huán)境和資源。所以在選擇材料的過程中，也應該考慮到材料具有的環(huán)保性和經(jīng)濟適用性，從而可以提升材料的質(zhì)量，保證我國機械制造業(yè)能夠得到較平穩(wěn)的發(fā)展。提升我國的綜合實力，為人們的生活質(zhì)量和經(jīng)濟健康發(fā)展提供保障。

2 機械設計中選材的分類

2.1 金屬種類

在大多數(shù)的機械加工中，金屬種類的材料都占據(jù)著舉足輕重的地位。而且很多機械設計部分也在使用金屬材料，甚至有的時候其實用率達高達100%。在使用金屬種類材料時，其最大的優(yōu)勢就是本身的硬度較高，而且可以降低成本，對機械的各個設計環(huán)節(jié)都能起到不同程度地滿足效果，因此它得到了最廣泛的運用。而且當兩種金屬混合成一種新型的合金時，它具備著兩種金屬的更為優(yōu)異的性質(zhì)，因此，在機械設計中使用的也比較多。

2.2 陶瓷類材料

在選用陶瓷類材料的時候，其主要的部分是氧化硅和碳化硅。而這種材料最優(yōu)異的特點就是耐化學腐蝕性比較高，同時，還具有較高的硬度和比較低的密度。所以，在對機械施工的時候，一些需要密封性較強的元件就可以采取陶瓷類的材料進行制作。不過，值得注意的是，陶瓷類材料本身造價是非常昂貴的，并且還容易破碎，在使用的過程中需要小心仔細。

2.3 高分子類材料

高分子的材料具體是指的類似合成纖維之類的材料，其材料的來源是比較廣泛的，并且運用到多個領域。其最大的優(yōu)勢就是在制造的過程中所產(chǎn)生的能耗是比較小的，比如，它可以通過在天然氣中提取等一系列優(yōu)勢，使得這種材料在機械設計中也得到了較為廣泛的運用。

2.4 復合型材料

復合型材料是在兩種或者是兩種以上的材料進行結(jié)合的過程中，不管是采取化學還是物理的手段，最終得到的產(chǎn)物可以稱為復合型材料。因此，這種材料的類型比較多樣，其性能優(yōu)勢也各有不同，需要根據(jù)具體加工過程中不同的施工要求，來選擇不同的復合材料。比如，合金材料也屬于復合材料的一種。這種材料的繁多、性能的不同可以適合各種機械加工要求，因此，受到了行業(yè)內(nèi)的大部分好評。

3 機械設計中材料的選擇與應用

3.1 載荷類型材料的選擇

在機械的設計環(huán)節(jié)中，對于多種元件和材料進行選擇，應該考慮到最終的使用效率。但是，在很多情況下，很多材料的選擇都沒有辦法得到具體的運用，因此，產(chǎn)生了很大的浪費。這類問題最主要的原因就是被淘汰材料或者是元件并沒有起到較為有效的載荷能力，因此，也就不能發(fā)揮出其材料本身的優(yōu)勢。所以，在對于機械進行設計的過程中，需要對于材料的載荷進行詳細的選擇，比如，可以使用低碳鋼滲碳等方法。

3.2 選用低能耗和低污染材料

在對材料進行選擇的過程中，除了需要對其類型進行甄別之外，還應該考慮到材料的低能耗和低污染。因此，如果有需要提前進行預熱處理的材料，而后因為熱預反應出現(xiàn)問題，如果有不合理的情況，那么，就會造成材料的使用周期大大縮減，或者是其具體的性能出現(xiàn)損失的情況。因此這些材料在后期進行預熱的時候，會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生很大的污染。所以在選擇時，需要選擇那些在熱軋狀態(tài)或者是冷拔狀態(tài)下，都可以發(fā)揮較為優(yōu)良性質(zhì)的材料?；蛘弑M量選擇那些不需要進行提前預熱的材料，或者是盡量少使用預熱材料。在選擇這種材料過程中，最常見的情況就是采取低淬透性的鋼對齒輪進行鍛造，因此，其也具有穿透性的加熱，在其熱量消退后，其表面就會產(chǎn)生一層淬硬。

3.3 選擇實用性的材料

進行機械材料選擇，第一要考慮的就是材料的使用性。對于那些鍵機械加工中有著突出效果的材料，應該在選擇之前根據(jù)不同的設計要求進行深入的分析，從而選擇可以使用的材料。這樣有利于對于材料的科學分配和合理使用，不會因此而造成大量的浪費。比如，對于加工環(huán)節(jié)，應該選擇那些硬度較高的材料；而在一些需要對于外觀進行優(yōu)質(zhì)的環(huán)節(jié)，就應該選擇相應的材料。通過不同的要求，來確定材料的使用性，而進行選擇和限定。

3.4 采用金屬材料回收利用處理

在許多機械設計中，所采取的金屬材料的種類是多種多樣的，就鋼材料而言，就達到上百種之多。因此，在使用之后，需要對金屬材料進行回收利用。但是，如果材料過多，相互混合在一起，那么，就無法使得后期進行很好的回收。這樣導致了很大的資源利用的困難，同時，還會對于金屬材料的循環(huán)利用的性能造成巨大的破壞。為了可以對金屬材料進行回收利用，需要對于金屬材料的選擇和可循環(huán)性進行詳細的選甄別。在具體應用過程中，一般采取的合金材料的材料元素越少，那么，金屬的回收利用的價值就越大。

3.5 選用經(jīng)濟的材料

在機械設計選擇材料過程中，經(jīng)濟成本也是最重要的因素。在設計過程中，相關的人員需要根據(jù)設計的整個過程的具體步驟進行詳細的了解，并且對各個過程的各種特點進行總結(jié)。這樣才可以選擇性價比更高的機械材料，大大地發(fā)揮材料的價值，使得機械的設計能夠符合相關的要求。而不同的機械材料具有不同的性能，需要對材料的使用性能進行深入的探究，才可以選擇性價比更高的經(jīng)濟型材料，而且還需符合相關的設計標準。此外，需要對于機械材料的整體預算進行控制，主要依據(jù)兩個方面的原則：一方面是需要完成機械設計的要求，在保證完成的過程中選擇價格較低的材料；而另一方面，是選擇那些性價比較高的材料，尤其是可以循環(huán)利用的材料，應該被優(yōu)先選擇。從能源降耗問題方面，合理地控制機械設計的成本，從而使整個項目的經(jīng)濟收益得到有效的提高。

3.6 符合可持續(xù)發(fā)展原則

要想符合可持續(xù)發(fā)展原則，最重要的就是使資源可以循環(huán)地利用。對于機械設計的基本要求進行深入的了解，使得機械材料的潛在價值能夠得到充分的挖掘。因此，在對于機械材料的特性使用過程中，如何正常的使用，發(fā)揮機械材料的最大性能，做到低能耗的效果就是最重要的一點。在保護自然環(huán)境的方面，節(jié)能降耗一直是現(xiàn)代社會最重要的觀念之一，可以使我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對生存環(huán)境也有了更高的要求，所以，機械工程需要與相關的能源消耗以及環(huán)境污染相結(jié)合。通過對機械材料的能源控制，使得機械材料的使用率在不斷提高。并且降低對于環(huán)境的污染，確保節(jié)能減排的機械材料得到合理的運用。

4 結(jié)語

科技的發(fā)展以及社會的進步，使我國的機械設計行業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。而在未來的發(fā)展中，對于機械材料的選擇和應用是行業(yè)最重要的基礎之一，對于行業(yè)的整體健康發(fā)展有著不可替代的作用。特別是在選擇材料的時候，尤其需要優(yōu)先考慮節(jié)能環(huán)保型的材料。這樣可以符合機械設計的規(guī)范，而且還順應了國家可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律，為行業(yè)的進步提供推動力。