机械设计中材料的选择分析

摘要：随着我国科技水平的不断提高，人们对机械设备应用性能与质量方面的要求也是越来越高，这种形势下，机械设计环节也更加受到了人们的重视。而设计出一个高性能、高质量的机械设备，其与好材料的选择与应用也离不开关系，因此，在机械设计中提高对材料选择方面的重视，也是很有必要的。本文便以机械设计材料为研究方向，具体分析机械设计中材料选择与应用的重要意义，以供相关人员参考所用。

前言

机械设计主要是指根据使用的要求，对机械的工作原理、结构、运行方式、力和能量的传递方式、各零件的材料及形状尺寸、润滑方法等内容展开构思与综合性分析，最终将其转化为具体描述，以作为制造依据的过程。而在机械设计中，材料的选择也十分重要，若材料选择不合理、质量性能差，将会给后期机械运行的安全稳定性造成严重影响，因此，在实际的设计过程中，做好机械设计的材料选择工作也是尤为重要的。

1.机械设计中材料的选择分析

1.1.碳素钢与合金钢材料的合理选择

在机械设计中材料的选择方面，碳素钢与合金钢材料的选择与应用是比较普遍的。其中，碳素钢在实际应用，具有经济性、稳定性等优点，但其强度与韧性方面稍差一些，基于这种特点，我们在设计时主要针对材料外载荷力及横截面偏小，无需对材料进行淬透的情况下，优先选择碳素钢。而针对零件横截面较大、材料外载荷应力也比较大的情况，为能规避碳素钢材料应用的缺陷，我们便可在设计选择中将碳素钢加入合金，使其形成一种高强度、高韧性、高淬透性、耐磨性强的材料，并将其合理的应用于机械设计当中。

1.2.可回收循环利用性材料的合理选择

在我国推行绿色环保、节能降耗理念的当下，于机械设计材料选择中也融入这种理念也是很有必要的，因此，在材料的选择方面还应该重视材料的可循环及可回收利用性。设计人员所选择的材料应该严格遵循绿色、环保的特点，杜绝选择污染严重或者可能会造成污染的原材料，以便能积极响应国家政策，达到节约国家资源，缓解资源紧张的局面。此外，在材料的选择方面，还应该遵循经济性与实用性原则，在保证材料质量性能的同时，尽量选择价格低廉、常见的普通材料，且所选择的材料一定要完全适合所设计的机械零件，以便能有效的节约企业成本，并进一步的提高其经济效益。

1.3.载荷类型材料的合理选择

通过长期的机械设计实践发现，通常机械材料的外载荷性能很容易使机械设计的部分元件失去效用，但机械零部件独具的性能，却能够有效的规避这种元件失效现象。这种现象下，就会使材料的外载荷性能与失效零部件性能之间的产生矛盾，因此，在机械设计中材料的选择方面，一定要充分地考虑到此种现象。将材料载荷性能的大小作为机械设计中选材的标准，针对一些能够承拉伸或压缩作用的材料，其外载荷力会作用到零件的横截面，并使横截面的应力均衡，基于这种现象，我们应该选择一些性能分布比较均匀的机械材料，以保证设计的合理性以及后期应用时材料能够达到高效作业的要求。此外，若是零部件在外载荷力作用下发生扭转时，其应力大多会集中在材料的表层，由此可见材料表面性能对这些零部件起到了一定程度的控制作用，因此，在机械设计过程中，如果所设计的机械材料要求要承受载荷力，便可选择中碳钢调质或低碳钢渗碳的方式对材料进行加工，最终为促进产品质量打好基础[2]。

2.机械设计中材料的处理应用

在实际的机械设计中，材料的合理处理及应用主要可通过以下几点来实现：

2.1.渗碳技术。渗碳技术属于表面化学热处理技术的一种，在渗碳后再进行淬火处理，可使材料的表面硬度提高至HRC58—65左右。渗碳技术根据对机械设计中对所选材料的实际要求而决定，保证该技术应用的科学合理性，以避免生产成本的增加。

2.2.氮化处理技术。氮化处理技术应用于机械材料中时，主要是用来提高材料表面的硬度、疲劳强度、耐磨性以及抗蚀性，一般而言，机械设计中的任何钢材均可以进行氮化处理，但为了控制成本，我们在实际应用，只针对有特殊要求的材料进行氮化处理。

2.3.碳氮共渗技术。碳氮共渗技术也属于表面化学热处理技术的一种，其术要是通过对工件表面同时渗氮和渗碳，来达到提高零件表现耐磨性、抗蚀性、疲劳强度和硬度的目的。但值得注意的是，该技术在操作过程中，其所应用的液体氰化含有剧毒，操作人员一定要做好防护处理。

2.4.调质技术。调质技术属于机械材料最常见的一种热处理技术，通过调质技术的处理，使机械材料的刚度、强度等综合性能指标得到大幅提升，最终保证材料在应用过程中，能够承受住大的冲击力。

3.结束语

通过以上几点分析可见，在机械设计中材料的科学、合理选择是保证后期机械设备能够高效应用的核心环节。因此，相关的设计人员在提高机械设计水平的同时，还应该提高对机械材料选择与应用的重视，才能为实现机械设备的高效、高质、节能、经济、环保打好基础，并进一步的促进我国机械设计制造行业的健康、稳定、长效发展。

参考文献：

[1]安晓宁.绿色设计的机械产品材料选择相关问题探讨[J].机械研究与应用，2011，08（31）：104 105.

[2]陈绒.机械设计中耐磨损材料的选择与应用[J].湖南农机，2013，03（15）：2L

[3]范宝成，等.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].硅谷，2013，10（08）：3 5.

作者简介：柴志斌（1982.8），男，助教，硕士研究生在读，研究方向：机械软件工程、机械材料等方面。