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摘要：现阶段我国的机械制造行业发展势头正猛，对于机械设计的要求也是越来越高，而在机械设计中如何利用有限的资源进行机械设计中的材料选择和应用，对于促进我国机械行业健康、快速发展具有重要的意义，在材料的选取过程中，我们必须以可持续发展观念为基础，并以科学合理的态度进行材料的选取，且要对不同材料的特性加以利用，确保我国的机械行业快速、平稳的发展。
关键词：金属材料；机械设计；选择；热处理
1机械设计中金属材料选择的基本原则
1）载荷的大小和性质：由于不同机械的外观造型不同，所以在选择的时候必须结合材料的和在理大小的同时，充分考虑材料的可塑性对于机械外观造型所产生的影响，只有各方面都达标，才能使机械体现其完美功能。2）零件的工作环境：零件所处的工作环境是机械设计中选择金属材料的一个主要原因，不同的金属材料对于工作环境的要求不同，比如铝具有耐腐蚀性特点，因此是在湿热工作环境中的零件材料首选，再如铁具有良好的延展性、导电性、导热等特点，因此被广泛的应用于工业领域，不同金属的金属特性决定了其可承受的工作环境，因此，在材料的选择上，我们要以零件工作环境为出发点，进行合理的选择，发挥金属材料自身的特性。3）零件的尺寸及质量：材料的选择，对于在机械使用过程中，零件的尺寸和质量具有重要的影响，零件的尺寸，是机械驱动的基础，零件的质量是其持续工作的基础。因此，必须要根据材料的自身特点进行毛坯制造，对于无法满足尺寸和质量要求的金属材料，必须摒弃。4）零件结构的复杂程度及材料的加工性能：材料的加工性能主要包括铸造性能、焊接性能、切削性能、冲压性能等。因此，在机械的零件的制造中，若不能通过各项加工，就不适合作为此零件的原材料。
2.机械设计中金属材料应用的适用性与经济性
所谓金属材料应用的适用性是指在机械设备的使用过程中，是否能实现材料自身所具有的特性，而经济性则是指在金属材料的选取上要遵循经济、实用的特点，尽量采用性价比较高的金属材料。在机械设计中可以选取碳素钢为基础材料，并在其中加入适量的合金元素，弥补韧性差、强度低的特点，同时，这种方式也提高了材料的耐腐蚀耐高温乃磨损特性。在机械加工制造中，不同材料的加工技术也是不同的，例如，铸造技术适用于收缩性、流动性及吸气性强的材料；热处理加工技术，适用于符合淬透性标准，且热敏感、氧化脱碳等相关性能要求的材料；焊接技术适用于冷镦性及冲压性良好的材料。
3.当前热处理技术应用
3.1真空低压渗碳技术
真空低压渗碳是可控气氛渗碳的一个良好的技术替代方案。其主要优势是不需用CO和CO2等载气，而是通过高的碳流量实现高效的碳转移，使工件表层奥氏体中碳浓度快速饱和，节省能源和渗碳时间，将渗碳技术化解为少无污染过程，渗碳零件表面清洁，避免了晶间氧化。该技术可用于低碳马氏体不锈钢，使微合金钢表层硬化的高温渗碳更加容易实现；可实现小负荷或大批量生产。
3.2真空高压气淬技术
真空高压气淬技术能够全部或部分取代油淬。气淬工件清洁、无氧化、无脱碳，无需后清洗，安全，自动化程度高，柔性大，可实现冷却过程控制；工件畸变小，能较好地控制尺寸变化；高压气干燥，无需清理，环境负荷小；能处理可能发生表面反应的材料和黄铜以及适应与高效率低成本生产线一体化结合的可能性。
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3.3余热利用热处理技术
利用各种余热进行热处理可节约大量热能，并节省加热装置及厂房用地。锻造、淬火、回火可集约在同一作业线上完成，大大缩短生产周期，提高生产效率并节省产品的转移费用。与普通热处理相比，锻热淬火可使各项力学性能明显提高。
3.4以水代油淬火冷却技术
采用水替代油和聚合物类介质进行中碳合金钢淬火冷却，按照已经采用本技术的10家企业计算，累计节约淬火油或聚合物类介质约3500t，节省费用约5000万元，并且每年可少排放约300t废弃的淬火油或约600t废弃的聚合物类介质。
3.5热处理CAD技术应用
在金属材料热处理节能技术实践应用中，热处理CAD技术指的是利用计算机模拟技术，对金属材料热处理工作步骤开展分析研究以及系统化设计。一定程度上来说，热处理是工业领域中一个资源消费较为密集的产业，为了实现产业有序健康发展，对其开展节能处理极为关键。热处理CAD技术凭借其喷淋、喷雾冷却等功能，对淬火等工艺手段应用有着十分重要的促进价值。现阶段，热处理CAD技术业界普遍界定为一项绿色、节能技术，得到了社会的广泛认可。
3.6振动时效处理技术应用
在金属材热处理过程中，受工作环境影响，金属材料表面往往会形成细小的裂纹，同时还会产生热残余应力状态，于该种状态下，金属材料的整体质量必然难以满足用户使用需求。鉴于此，为了改善金属材料质量水平，技术人员可引入振动时效处理技术，经由对热处理技术开展加工、处理，达成振动时效的优化调整，进而改变裂缝或者残余应力对金属材料热处理所带来的影响。
4.热处理技术应用中变形控制
4.1开展好热处理前的预处理
金属热处理的各项工艺，包括正火、退火等均会对金属最终变形量造成一定的影响。正火中温度偏高，极易使得金属材料内部变形加大，鉴于此，在开展金属材料热处理前，应当进行控制温度的正火处理。经实践研究表面，经正火处理后，可选取等温淬火处理手段用以强化金属材料内部结构均匀性，进一步达成对其变形的控制。此外，要想确保金属材料正火处理收获良好的成效，还可开着退火工艺准备，结合金属材料实际结构特点，对退火工艺予以科学选取，可一定程度上减少金属材料所受温度梯度的影响，达成金属材料热处理期间变形的有效控制，改善金属材料热处理质量、水平。
4.2开展好机械加工
金属材料热处理后再开展机械加工，结合金属材料实际变形规律，可采取反变形、收缩端预胀孔等手段，实现对金属材料热处理变形的控制。同时，进入最后工序，热处理变形允许值应当满足对应要求，变形量应结合上道工序加工尺寸予以明确。鉴于此，充分结合金属材料变形规律，于金属材料热处理前开展尺寸预修正，如此放开切实提高金属材料热处理合格率。
4.3运用合理装夹方式夹具
为了对金属材料热处理变形予以控制，务必要确保金属材料加热、冷却均匀，金属热应力均匀，进一步生成的组织应力同样相对均匀，而要想达成该种效果，应当运用合理装夹方式夹具。就好比，对于盘类工件与油面应当尽可能保持垂直状态，对于轴类工件应运用立装方式等。科学针对地对相关垫圈进行运用，诸如叠加垫圈、支承垫圈等。
结束语
总而言之，金属材料热处理变形的影响因素及控制策略研究探讨，有助于金属材料制造与加工企业达成对金属材料热处理变形量的科学有效控制，进一步确保热处理工艺在生产实践中的高效应用。
参考文献
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论文作者:王鹏俨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/21
标签：金属材料论文; 材料论文; 技术论文; 零件论文; 渗碳论文; 机械设计论文; 正火论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;