浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用

王恩东

（中国航发沈阳发动机研究所，辽宁 沈阳 110015）

机械材料的选择和应用是机械制造以及机械设计中最重要的组成部分，而对于材料的选择，可以直接对机械设计的最终产品质量起到很大的保障，并且使得机械制造业能够得到更加长远的发展。所以，对于机械材料的选择和应用一直都是这个行业中，最主要的研究方向和急需解决的问题。首先，在材料选择的过程中，一定要关注材料本身的实用性和可以使用的范围；其次，对材料的环保效益和相关的经济效益，也应该以节约成本和保护环境为主要目的，这样才可以使我国的机械行业能够得到更快的发展，并且与此同时，还能实现环境可持续化，对人们的生活质量和环境质量的提高，发挥着重大的作用，也为我国整体经济的绿色发展提供持续的动力。

1 材料选择在机械设计中的重要性

工业化的快速发展必然导致各个工业部门在不断地细分和完善，而我国的工业化得到快速发展以来，使得我国的综合实力在不断地变强，尤其是改革开放后，机械制造一直都是推动我国经济发展和社会进步最重要的组成部分。尤其是对机械设计而言更是如此。在设计的过程中，对于材料的选择和运用是极其重要的，并且随着社会的进步，人们对于机械设备的要求会变得越来越高，尤其是对质量的重视程度也在不断提升。因此，只有选择那些高质量、运用广泛的这些材料，才可以制造出更加符合现在要求的产品。由此可见，机械材料的重要性是最关键的。不仅如此，在现代化的发展过程中，对于机械材料的选择也应该进行更全面的考虑，在保证机械设计过程中材料的实用性之外，还应该对于环境保护也提高重视，不能因此而造成大量的污染，破坏当地的环境和资源。所以在选择材料的过程中，也应该考虑到材料具有的环保性和经济适用性，从而可以提升材料的质量，保证我国机械制造业能够得到较平稳的发展。提升我国的综合实力，为人们的生活质量和经济健康发展提供保障。

2 机械设计中选材的分类

2.1 金属种类

在大多数的机械加工中，金属种类的材料都占据着举足轻重的地位。而且很多机械设计部分也在使用金属材料，甚至有的时候其实用率达高达100%。在使用金属种类材料时，其最大的优势就是本身的硬度较高，而且可以降低成本，对机械的各个设计环节都能起到不同程度地满足效果，因此它得到了最广泛的运用。而且当两种金属混合成一种新型的合金时，它具备着两种金属的更为优异的性质，因此，在机械设计中使用的也比较多。

2.2 陶瓷类材料

在选用陶瓷类材料的时候，其主要的部分是氧化硅和碳化硅。而这种材料最优异的特点就是耐化学腐蚀性比较高，同时，还具有较高的硬度和比较低的密度。所以，在对机械施工的时候，一些需要密封性较强的元件就可以采取陶瓷类的材料进行制作。不过，值得注意的是，陶瓷类材料本身造价是非常昂贵的，并且还容易破碎，在使用的过程中需要小心仔细。

2.3 高分子类材料

高分子的材料具体是指的类似合成纤维之类的材料，其材料的来源是比较广泛的，并且运用到多个领域。其最大的优势就是在制造的过程中所产生的能耗是比较小的，比如，它可以通过在天然气中提取等一系列优势，使得这种材料在机械设计中也得到了较为广泛的运用。

2.4 复合型材料

复合型材料是在两种或者是两种以上的材料进行结合的过程中，不管是采取化学还是物理的手段，最终得到的产物可以称为复合型材料。因此，这种材料的类型比较多样，其性能优势也各有不同，需要根据具体加工过程中不同的施工要求，来选择不同的复合材料。比如，合金材料也属于复合材料的一种。这种材料的繁多、性能的不同可以适合各种机械加工要求，因此，受到了行业内的大部分好评。

3 机械设计中材料的选择与应用

3.1 载荷类型材料的选择

在机械的设计环节中，对于多种元件和材料进行选择，应该考虑到最终的使用效率。但是，在很多情况下，很多材料的选择都没有办法得到具体的运用，因此，产生了很大的浪费。这类问题最主要的原因就是被淘汰材料或者是元件并没有起到较为有效的载荷能力，因此，也就不能发挥出其材料本身的优势。所以，在对于机械进行设计的过程中，需要对于材料的载荷进行详细的选择，比如，可以使用低碳钢渗碳等方法。

3.2 选用低能耗和低污染材料

在对材料进行选择的过程中，除了需要对其类型进行甄别之外，还应该考虑到材料的低能耗和低污染。因此，如果有需要提前进行预热处理的材料，而后因为热预反应出现问题，如果有不合理的情况，那么，就会造成材料的使用周期大大缩减，或者是其具体的性能出现损失的情况。因此这些材料在后期进行预热的时候，会对周围的环境产生很大的污染。所以在选择时，需要选择那些在热轧状态或者是冷拔状态下，都可以发挥较为优良性质的材料。或者尽量选择那些不需要进行提前预热的材料，或者是尽量少使用预热材料。在选择这种材料过程中，最常见的情况就是采取低淬透性的钢对齿轮进行锻造，因此，其也具有穿透性的加热，在其热量消退后，其表面就会产生一层淬硬。

3.3 选择实用性的材料

进行机械材料选择，第一要考虑的就是材料的使用性。对于那些键机械加工中有着突出效果的材料，应该在选择之前根据不同的设计要求进行深入的分析，从而选择可以使用的材料。这样有利于对于材料的科学分配和合理使用，不会因此而造成大量的浪费。比如，对于加工环节，应该选择那些硬度较高的材料；而在一些需要对于外观进行优质的环节，就应该选择相应的材料。通过不同的要求，来确定材料的使用性，而进行选择和限定。

3.4 采用金属材料回收利用处理

在许多机械设计中，所采取的金属材料的种类是多种多样的，就钢材料而言，就达到上百种之多。因此，在使用之后，需要对金属材料进行回收利用。但是，如果材料过多，相互混合在一起，那么，就无法使得后期进行很好的回收。这样导致了很大的资源利用的困难，同时，还会对于金属材料的循环利用的性能造成巨大的破坏。为了可以对金属材料进行回收利用，需要对于金属材料的选择和可循环性进行详细的选甄别。在具体应用过程中，一般采取的合金材料的材料元素越少，那么，金属的回收利用的价值就越大。

3.5 选用经济的材料

在机械设计选择材料过程中，经济成本也是最重要的因素。在设计过程中，相关的人员需要根据设计的整个过程的具体步骤进行详细的了解，并且对各个过程的各种特点进行总结。这样才可以选择性价比更高的机械材料，大大地发挥材料的价值，使得机械的设计能够符合相关的要求。而不同的机械材料具有不同的性能，需要对材料的使用性能进行深入的探究，才可以选择性价比更高的经济型材料，而且还需符合相关的设计标准。此外，需要对于机械材料的整体预算进行控制，主要依据两个方面的原则：一方面是需要完成机械设计的要求，在保证完成的过程中选择价格较低的材料；而另一方面，是选择那些性价比较高的材料，尤其是可以循环利用的材料，应该被优先选择。从能源降耗问题方面，合理地控制机械设计的成本，从而使整个项目的经济收益得到有效的提高。

3.6 符合可持续发展原则

要想符合可持续发展原则，最重要的就是使资源可以循环地利用。对于机械设计的基本要求进行深入的了解，使得机械材料的潜在价值能够得到充分的挖掘。因此，在对于机械材料的特性使用过程中，如何正常的使用，发挥机械材料的最大性能，做到低能耗的效果就是最重要的一点。在保护自然环境的方面，节能降耗一直是现代社会最重要的观念之一，可以使我国实现可持续发展。而随着经济的高速发展，人们对生存环境也有了更高的要求，所以，机械工程需要与相关的能源消耗以及环境污染相结合。通过对机械材料的能源控制，使得机械材料的使用率在不断提高。并且降低对于环境的污染，确保节能减排的机械材料得到合理的运用。

4 结语

科技的发展以及社会的进步，使我国的机械设计行业也得到了飞速的发展。而在未来的发展中，对于机械材料的选择和应用是行业最重要的基础之一，对于行业的整体健康发展有着不可替代的作用。特别是在选择材料的时候，尤其需要优先考虑节能环保型的材料。这样可以符合机械设计的规范，而且还顺应了国家可持续发展的规律，为行业的进步提供推动力。