浅析材料在机械设计中的选择和使用

摘要：在开展机械设计的相关工作时，必须重视材料的选择及使用。目前机械行业正处在持续快速发展阶段，同时对经济增长的方式进行改变及可持续发展改革的不断深入，相关部门只有重视机械设计材料选择、运用，才能使机械设计的整体质量得到保证。文章对材料在机械设计中的选择和使用进行分析，为选择优质的机械设计材料提供有利条件。

关键词：材料选择；材料使用；机械设计；机械行业；机械产品 文献标识码：A

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

要想国内经济实现持续发展、城市化的建设步伐加快，应在不断实践、研究中对机械设计的具体工作进行完善，进而将设计中的所有细节工作做好，最终达到人们的生活需求及社会发展需求。对机械进行设计时，必须重视材料选择的具体工作，材料在较大程度上对产品质量、机械设计的行业发展有直接影响。因此，机械设计的人员一定要将材料选择工作做好，进而才可以使其得到更好的运用。

2 分析机械设计过程中材料的选择及应用的方法

2.1 分析调质及其设计应用

根据目前的具体情况看，调质技术是最常用的一种热处理技术。对大多数零部件进行处理时均可以通过调质技术进行操作，且该技术的效果能够使所选的材料综合性能得到提升，即利用调质技术能够对材料强度进行拉伸，使机械设计材料的屈服度及拉伸强度得以不断提升，进而增强材料的塑性及强度。通过提升材料的冲击度、强度，能够使设计过程中零部件的使用截面减小，进而降低整个机械的重量及降低部件的消耗及所占空间。在运用调质技术的过程中，必须注意下面的三点要求：一是一定要将调质标注清楚，若只是将热处理标注出来，大部分厂家很可能会运用其他处理技术来进行操作，如利用正回火使材料的硬度达到相关标准，但正回火技术降低材料强度大大降低，致使其在具体工作中出现断裂情况；二是必须将调质硬度范围注明，进而才可以为工厂生产提供便利，如果硬度的范围较窄就不能达到具体的生产需求；三是材料硬度与所要求的实际强度必须相适应。

2.2 分析表面硬化技术与选材

对机械进行设计时，应利用硬化技术对各种金属材料的表面进行相应的处理，且对其进行处理主要是为增强材料的耐蚀性、耐磨性，而氮化技术、渗碳技术则是比较常用的硬化技术。渗碳技术通常是指，在渗碳炉对钢材表面碳含量进行增加，使其达到被允许范围时在淬火，进而让钢材的表面硬度能够达到相应的技术标准，再通过低温回火技术将其应力消除，使其组织结构更加稳定。能够利用渗碳技术进行处理的材料通常是渗碳钢，进行机械设计的过程中，可参照实际要求对其进行运用。如可以根据心部强度、零部件主要的尺寸大小对材料进行选择，需要重视的一点是材料的使用不能过度，否则导致生产成本不断增加。通常情况下，如果截面的有效面积低于50mm，可选择20Cr。但是，如果有效截面面积大小在50～150mm之间，而且其重量低于50kg，就可选择20CrMnTi。渗碳层度深度应参照实际的需求才能进行确定，若增加其层深就说明必须使渗碳时间延长。

2.3 分析氮化技术及相关材料的选择

不管是何种钢材通常都可以利用氮化技术对其进行相应的处理，但比较常用的一种钢材主要是45型号的氮化钢。使用氮化技术时往往是利用氮化炉对其进行操作，因而其优势主要是变形较小，进行氮化后就不必再加工。同时，氮化硬度应参照材料质量才能确定，进行设计的过程中必须注意一定要使用整体的氮化技术，由于氮化层并不会带来不好的影响，所以不必再次进行处理。必要时可运用局部的氮化技术对局部进行相应的保护，进行氮化后再把保护层全部去掉。该技术最大的一个特点就是热处理的过程中变形较小、硬化层也相对较小，尤其是适合与调质技术共同使用，进而可以使材料耐磨性、技术强度大大提升。

3 分析机械设计中最常用的四种材料

3.1 高分子材料

在机械设计，对于高分子材料而言，其主要包括合成纤维及塑料。此类材料在相应的工业生产中存在许多优点，且材料来源非常丰富。能够从天然气中进行提取，该材料所消耗的能源较少，且其密度也比较小，其延展性同样非常好。

3.2 金属材料

各种工程的材料使用中，其使用范围最广泛的主要是金属材料。据统计资料显示，金属材料在机械类产品中占了90%以上的比例。尤其是钢铁材料在机械设计中的使用最为普遍，由于钢铁的韧性、强度较好，且其价格相对较便宜，也可以达到各种性能标准，所以使用较多。金属类材料中的合金，其性能非常优良，比较适合用来制作各种机械产品中的零部件。

3.3 复合材料

机械设计中所使用的符合材料主要由不同的、两种以上的材料做构成，且通过化学与物理方法有机组合而成的新型材料，此类材料的性能均可以达到各种工业生产的需求。其中，复合材料通常包含非金属材料和金属材料，而金属材料有合金、镁、铝；非金属材料则包括陶瓷、橡胶、树脂等。金属丝、碳化纤维及玻璃纤维则属于增强型的材料。

3.4 陶瓷材料

对陶瓷材料来说，其主要成分是碳化硅、氮化硅，且此类材料的特点主要有密度较低、硬度较高、具有较强的抗压强度及耐腐蚀性强，其缺点是价格非常贵、比较容易发生断裂、比较脆。目前，陶瓷材料大多使用在密封零件的制作中。

4 机械设计中材料的选择及使用必须注意的相关事项

4.1 对材料进行选择时必须重视其适用性及经济性

机械设计的具体工作人员应根据不同的机械设计工艺，比如锻造工艺、铸造工艺、焊接工艺根据各种需求选择适合的材料，进而才可以使材料发挥出最大的效用。如铸造工艺中所使用的材料一定要具备较好的偏折性、吸气性、收缩性；焊接工艺中的材料应有良好的敏感性及使用性；而锻造工艺使用的材料则应具有相应的锻后冷墩性、冲压性、冷却性、可锻性。只有将各种工艺制作中需要的材料性质把握好，进而才可以选择出真正合适的机械设计材料。另外，对材料进行选择、使用的过程中还要重视材料的经济性，所选材料应在满足设计需求的同时尽量保证价格为最实惠、最便宜，这样就才能够时机械设计成本得以降低。

4.2 材料选择过程中一定要重视其环保性及节能性

近几年，随着科学技术、社会经济的持续发展，自然破坏现象也越来越严重，自然环境问题早已成为社会中的热点话题之一。环境与人类的生活、生存有密不可分的关系，对自然环境进行保护也是各个社会成员共同的责任及义务，想要促进社会发展，就必须对环境进行有效的保护，过度的开采往往只会产生适得其反的后果。因此，对机械设计中的材料选择一定要重视节能性及环保性；设计人员一定要坚持可持续发展观，使用污染较小、能耗较少的材料，对那些不可再生、有效的资源必须尽量节约，进而能够在完成机械设计任务的基础上，使自然环境得到相应的保护。

5 结语

做好机械设计材料选择、使用工作对机械设计事业的发展有重要作用，对机械材料进行选择的过程中，必须将材料的节能性、经济性、环保性、实用性等因素考虑进去，进而才可以使机械产品的质量、性能得到保证，才可以给机械设计的持续、健康发展提供必要的

条件。

参考文献

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作者简介：黄丹（1982-），女，江苏沛县人，泰尔重工股份有限公司助理工程师，研究方向：机械设计。

（责任编辑：黄银芳）