机械设计中的材料的选择和应用

董晓东

摘 要：在机械设计中，材料的选择关乎行业的发展，是机械设计行业的重要基础。因此在机械设计和相关行业中要尤其重视材料的选择。文章介绍了机械设计中材料的选择和应用的意义，阐述了当前对机械设计材料选择和应用的要求，并提出相关注意事项，为机械设计提供一定的理论参考。

关键词：机械设计；材料选择；材料应用；实用性

引言

随着我国城市化进程不断加快，机械行业作为我国城市建设的中坚力量，其发展水平受到很多人的关注。机械设计中材料的选择和应用是保证机械设计质量的前提，对机械设计中材料的选择和应用的讨论已经成为当前机械领域研究的热点。在我国未来的发展过程中，机械设计中的材料选择会对我国的经济效益以及社会效益产生较大的影响，进一步研究机械设计中材料选择和应用问题，对于机械行业的发展有着重要的作用。

1 机械设计中材料的选择和应用意义

随着机械设备需求量的不断增加以及机械设备使用概率的不断提升，使得人们对机械设备质量和功能的要求也越来越高，因此做好机械设计工作对于机械设备企业来说具有十分重要的意义。其中材料是构成机械设备的最基本元素，材料选择是否科学、应用是否合理将对机械设计的质量造成巨大影响，因此在机械设计中一定要做好材料的选择与应用工作，一方面确保所用到的材料具备适用性和实用性，另一方面还要尽量考虑经济性和环保性等方面，以使机械设计行业实现可持续的发展[1]。

进行机械设计选材时，要充分重视材料选择的合理性，要利用好每一份的机械设计原材料，要对机械设计的结构和功能进行综合性的评价，同时要结合现代材料资源的现状，合理选择机械设计材料，从而实现机械工程的应用性发展，这也使得机械设计时材料选择和应用过程当中所重视的每个要素成为将来实现机械工程可持续性发展的一个关键。

2 机械设计材料选择和应用的要求

2.1 对材料载荷水平的选择

机械设计中对于材料荷载水平的选择是很重要的，这是因为在机械设计的过程中一些材料由于荷载水平较低的原因可能会导致出现后期抑制失效的情况，使得机械零件不能发挥出应有的作用，因此在机械设计过程中应当首先对拟用到的材料进行载荷水平方面的评估，优选载荷水平较高的材料，并在有需要的情况下对材料进行后期处理，以使材料的荷载水平得到进一步的提高，例如对低碳钢进行渗碳以及对中碳钢调质等。

2.2 尽量选择低耗能和低污染材料

这里包括材料本身生产过程中的低耗能和低污染以及材料在加工应用的工艺过程中的低能耗和低污染两个方面，对于前者来说，选择环保型材料作为原材料是一个理想的选择，而对于后者来说，即便材料本身具有低能耗和低污染的特点[2]。但在加工过程中可能会由于工艺的原因产生过多的能耗和污染物，因此一定要做到以下两个方面的要求，第一是要尽量选择不经热处理工艺即可达到使用要求的材料，第二是在无法避免热处理工艺的情况下，应当选择热处理程序较少的材料。

2.3 使用性材料的选择

在选择机械材料时，材料的使用性是一个必须要考虑的因素，同时，它也是保障材料性能和质量的根本性因素。在机械设计中，不同的零部件对材料有不同的需求。例如，有些零件需要强度较高的材料，有些零件需要耐磨性能较好的材料，还有一些零件需要外表较为美观的材料。因此，在机械设计中对材料进行选择时，首先要了解清楚各个零部件对材料的需求，并在此基础上，根据其要求，选择使用性能较高的材料。

2.4 选择对人体无害的材料

在械设计中，一些机械材料本身就带有对人体有害的物质，人们如果长期使用这些材料，会对身体造成一定损害。可能会含有镍、铅、六价铬、砷等元素，这些元素往往都会对人体健康产生不利的影响，即便在加工过程中做好防护措施，使得加工过程对人体不产生有害影响，也会由于其随着废弃物排放到外界环境中，在污染环境的同时，在生物体内完成积累，从而对人体产生间接影响，因此实际工作中要谨慎选择。

2.5 优先选择可循环利用性好的材料

在机械设计的过程当中所选用的材料很多都是金属的，而不同的零件由于使用要求不同，其使用的金属材料的种类也会有所不同，有时为了实现材料的某种性能要求，还会将很多种类的金属混合在一起形成合金材料，再加以使用，这样做虽然能实现机械材料的使用要求，但一旦机械报废，就会增加这些金属材料的回收难度，也会进一步增加回收的成本。所以为了是吸纳废物的资源化，在机械设计的过程当中要充分考虑所选材料的可循环利用性，例如，在金属材料的选择方面要选用那些单一的合金材料，而且要优先选择合成金属种类少的合金材料。

3 机械设计中材料的选择和应用需要注意的问题

3.1 注重选材的经济性与适用性

在进行机械设计的材料选择和应用时最为关心的就是材料的经济性和适用性。机械设计人员要综合分析机械设计过程当中所涉及到的生产工艺、焊接工艺、装配工艺以及铸造工艺等，同时要结合实际的设计要求来选择那些高质量而低价值的经济适用性的原材料，进而在最大程度上利用材料的使用价值，有效保证机械设计所使用的材料的设计要求，使其在机械设计过程当中发挥最大效用。例如，在机械铸造工艺当中，要充分保证机械材料的流动性、收缩性、吸气性以及偏析性；在焊接工艺当中，要充分保证材料的敏感性和适用性；在锻造工艺当中，要充分保证材料的冷镦性、冲压性、锻后冷却性以及可锻性[3]。机械材料的不同性能使得在进行机械设计的工艺时可以选择各种不同的材料，只要满足基本的工艺需求，了解各种工艺所需材料的不同性能，就能实现机械设计的材料的合理化选择。在满足机械设计材料的适用性之后，要分解实际工程预算充分考虑设计材料的经济性，不但要满足材料的质量要求，还要实现经济性的材料选择。对于那些可以循环利用的原材料，要充分利用其可循环性，在机械设计过程当中要加以循环利用，有效减小资源的消耗，降低机械设计成本，从而提高经济效益。

3.2 对材料的选择和应用要重视节能环保

在进行机械设计材料的选择和应用过程中，要充分重视材料的节能和环保特点，这也是时代的要求。在过去的几十年中，我国的经济发展取得了举世瞩目的成就，然而不可忽视的一点是，我国经济的迅猛发展是以耗费大量的一次能源、资源和破坏环境作为代价的，由此带来的负面影响已经在近几年显现出来，当前，我国国境内不可再生资源已经面临枯竭的局面，同时环境的污染以及由此带来的灾害性天气严重危害着人类赖以生存的生态环境，因此在机械设计过程中要将节能和环保的理念贯穿其中，走节能环保的发展道路，不仅为当代，也为后代谋利益。

3.3 选材的可持续发展

在机械设计的选材过程当中要始终遵循我国的可持续性发展战略，要充分重视机械设计的可持续发展。机械设计人员要基于设计需求，充分发掘所选材料的潜力并结合材料的不同特性使其发挥最大化的作用，并有针对性地实现设计应用。

4 结语

总之，机械设计中的材料的选择和应用要综合多方面因素加以分析考虑，既要保证机械设计满足相关的标准和规范的规定以及使用要求，又要使其顺应时代发展的要求，并实现材料的环保性、节能性以及经济性等要求，从而实现机械设计行业又快又好的发展。

参考文献

[1] 周玉丰，张帆.机械设计中材料的选择和应用分析[J].河北农机，2014（12）：49-49.

[2] 吕玉磊.机械设计中的材料的选择和应用分析[J].江西建材，2015（22）：259-260.

[3] 韦佑银，谢非.机械设计中的材料的选择和应用[J].文摘版：工程技术，2015（25）：260-260.