机械设计中的材料选用分析

机械设计中的材料选用分析

林诗清

身份证号码： 450304196612011***

摘要：在人们的日常生活生产中，机械设备是非常重要的组成部分，由于机械设备的应用可以使得各类生产活动更加高效，极大的节约了人力以及资金，提高了企业的经济效益。而在机械设备应用过程中，要想保证机械设备的性能良好，材料的选择和应用是非常重要的因素，因此在进行机械设计时必须充分考虑到材料的性能以及经济性。本文浅析机械设计中的材料选用。

关键词：机械设计；材料选用；应用要点

引言

先进机械设备制造的前提，便是拥有良好的设计，从而确保机械的结构，功能与实际的操作运行标准相吻合。在设计阶段，材料选择作为关键性的一环，对于机械设计的合理性，以及后期机械制造的安全性，都具有十分重要的意义。

1 机械设计中常用的材料

1.1 金属材料

在机械设计中所选用的材料中，金属材料是应用最为广泛的。在金属材料中最为常用的是钢和铁，之所以这两种材料选用较多，主要是因为钢和铁的强度以及韧性相对较强，而且价格低廉，容易获取。而且可以在其中加入一些其他金属材料制成合金材料，经常被应用到各类机械零件中，金属材料也是机械设计的主要基础材料。

1.2 高分子材料

随着我国科学技术的进步，高分子材料逐渐出现在人们的生产生活中，而且高分子材料有着其独特的优势，因此在机械设计中，占比越来越大。在高分子材料中应用最多的就是塑料、合成纤维等，这些材料具有来源广泛，延展性很强等特点，而且在制作过程中消耗的能源非常少，受到了人们的重视，但是最近几年，人们逐渐发现塑料制品能够产生“白色污染”，因此就目前来说人们需要一种更加环保的高分子材料。

1.3 陶瓷材料

组成陶瓷的主要成分是硅，因此陶瓷材料具有密度低、硬度高、耐腐蚀等特点，因此在一些对密封性要求比较高的机械设计中可以选择陶瓷材料，但是陶瓷材料也有自身的缺点，造价高而且容易破碎，因此应用范围相对较小。

1.4 复合材料

所谓复合材料就是指由两种或者以上材料通过物理或者化学方法结合在一起的材料。一般来说复合材料会同时具有两种材料的优点，因此对于一些要求相对复杂的机械设计，复合材料是首选。而且复合材料又分为金属材料和非金属材料，常见的复合材料有合金、树脂等材料。

2 机械设计材料的选择和应用应该注意的问题

2.1 材料的选择与应用应该满足可持续发展观

可持续发展是我国目前主流的发展观念，因此在机械设计中也要遵循此观点，在材料的选择和应用上，在能够保证满足机械设备需求的前提下，尽可能的选择一些能耗低的材料，从而践行可持续发展观。

2.2 材料的选择和应用要重视节能环保

随着全球环境的日益恶化，不仅是我国，世界上各国都纷纷选择具有节能环保性的材料作为未来的发展战略，这也是时代发展的需求。虽然改革开放以来我国取得了巨大的发展成就，但是代价则是消耗了大量的资源，而且破坏了生态环境，这与我国目前要求的绿色发展观是相悖的，尤其是最近几十年，我国的能源在急剧减少，能源短缺已经影响到了我国的发展，而且由于能源的肆意开采，造成了严重的环境污染，极端天气出现的频率也越来越高，因此在今后的机械设计中，材料的选择要将节能和环保理念贯穿其中，实现可持续、绿色、节能的发展道路，从而促进我国的可持续发展。

2.3 材料的选择和应用要重视经济实用性

材料是否具有经济性以及实用性主要是由材料本身的特性以及相关的生产工艺来决定的，因此在进行材料的选用时要考虑到以下因素：（1）从材料的实用性来看，机械设计过程中需要用到很多工艺，比如铸造、锻造焊接等，而每种工艺对于材料的要求也是不同的，而且在材料成型之前会经历很多道工序，因此在材料选择方面，要同时能够满足所有工艺的要求，否则就会出现产品质量不达标的现象。（2）从材料经济性的角度出发，我们正进行材料选择的过程中，在满足基本的功能需求的基础上，尽量节约材料的成本和加工过程中产生的成本。

3 机械设计中材料选择与应用

3.1 选择无害的材料

在机械加工中使用的材料一般都含有一些有危害性的元素，不仅影响人的身体健康，还能给环境带来非常恶劣的影响，因此在机械设计加工前，一定要对材料进行检测，尽可能的不使用含有有害成分的材料，如果由于需要必须使用一些有毒材料，一定要做好准备，在实际工作中尽量避免和人的接触，减少对人体的伤害。

3.2 碳素钢、合金钢材料

碳素钢，是目前机械设计领域中比较常见的一种制造材料，因为性价比较高，受到了机械企业的争相推崇。但是，该材料存在的主要问题，便是在韧性，以及强度指标的呈现上不是十分理想，这大大限制了机械零件的规格扩充。而在碳素钢材料的基础上，适当加入一定配比的合金元素，构建出一种新型的机械材料。这一新型材料的推出，有效规避了传统碳素钢硬性，韧性差的问题，显著提高了机械材料质量。同时，这种新型的合金材料还具有更加优势的地方，那便是淬透性，以及耐磨性指标更加优越。这对于提升机械设备功能效率，延长使用周期具有重大意义。

3.3 选择可回收的材料

在机械设计中所选用的材料大部分都是金属材料，但是有些金属产量很低，如果在机械设计中大量使用含量稀少的金属就会极大的降低此种金属含量，而如果不能及时找到替代材料，就会影响到行业的发展，因此在机械设计的材料选用过程中，尽可能选择一些可回收利用的材料，不仅可以促进企业的发展，还能降低环境污染。

3.4 载荷性材料

荷载性指标，是衡量机械材料功能与质量的重要指标。简单来说，材料的荷载性能，是决定机械设备能否正常运行的关键。如若所选用的材料在荷载性指标上未能达到具体工艺要求，那么将造成材料在投入机械制造实际生产环节中，出现断裂问题。或者以潜藏性故障风险的形式，存在于机械设备当中。这不仅给机械设备的安全使用造成较大危险，更严重缩短了机械设备的使用周期与寿命。因此，设计者在进行材料选用环节，需要根据机械设备的实际生产要求，预判载荷性能的具体指标值，并留出一定的空余性能值。以防止因载荷性能不足，而增加机械设备生产和运行风险。

3.5 低耗能材料

材料自身的性质也是决定机械设计成功的关键所在。设计者需要围绕环保角度展开机械材料的合理选用，以便推动机械领域的可持续发展进程。环保思想，不仅要渗透于机械设计环节，更要在机械加工、制造、生产、运行等各个环节均要有所渗透。就目前而言，金属材料是目前最为常见的机械制造材料类型，市场采购量极为丰富。然而，在就该材料进行实际生产过程中，需要进行一定的热处理。这一环节，将给环境造成很大的迫害，甚至大大增加了机械制造能源消耗量。因此，设计者可以改用一些冷处理材料，从根本上解决材料耗能较高，污染强度大的问题。同时，在材料的选用上还需遵循一点原则，那便是可回收性原则。设计者根据机械领域绿色发展要求，选择回收工作可执行性较强的材料，用以构建机械设备各个零部件。并且注重各项材料的分类，与分配，避免因不同回收指标的材料混合到一起。从根本上优化材料回收流程，提高机械材料回收质量。

结语

随着我国工业进程的不断加快，我国的机械化程度也越来越高，不仅是工业生产车间应用到一些机械设备，甚至一些家庭中也逐渐出现一些机械设备，其应用范围越来越广泛，也给人们的生活生产带来了极大的便利，因此在机械设计过程中，为了保证机械设备的安全性和实用性，必须合理选择材料，从而保证人们的生命财产安全。

参考文献：

［1］王森．机械设计中的材料的选择和应用［J］．科技展望，2016，26（34）：49．

［2］吴宗烨．刍议机械设计中材料的选择和应用［J］．技术与市场，2016，23（11）：123．

［3］郜培丽．试论机械设计加工过程中需要注意的问题［J］．南方农机，2017，48（07）：111＋115．