摘要：材料的选择与应用是机械设计中的重要内容，其关系着机械产品的性能及使用寿命，尤其是部分机械产品对材料各项参数要求较高，需设计人员综合分析，保证选择材料的合理性与科学性。本文对机械材料相关知识作简单分析，提出机械设计过程中机械材料选择与应用策略，以供参考。
关键词：机械设计；机械材料；选择；应用
1 机械设计中，机械材料选择和应用的意义
机械行业在国民经济的发展中具有推动的作用，是一项至关重要的支撑型产业。针对于机械设计行业而言，选择和应用机械材料都很重要，尤其是科学发展观要求提出以后，重视选择和应用机械设计的力度加大了。产业化在不断地发展，不能够把眼光只放在机械设计的发展上，还应该注重经济效益和环境保护应该步入可持续发展的道路。
我国工业化发展在不断地加快，机械设计所用材料的需求量也在加大，但是，机械设计中可以使用的材料却很少，从世界范围的角度看，社会发展与资源稀缺出现了冲突的情况。为了满足消费者物质文化的需求，使消费者的消费水平得以有效地提升，机械设计行业开始对新型的选材方式进行寻找，这种新型的选择方式既能够使机械设计的经济性和适用性得以有效地满足，又能够使机械设计的可持续发展得以满足。这种新型方式的改进能够充分地利用有限的资源。若想使机械设计深入地发展，必须要将选择和应用机械设计材料协调好，从而使机械行业在社会发展中，做出更大的贡献。
2 机械设计中选材的分类
1）选择金属种类。
在我国机械加工当中，金属种类的材料是占主要地位的，多数都使用金属材料，甚至在所有的机械加工过程中都有使用，占有率近百分百。金属的最大的优势就是硬度高和成本低，可以满足机械设计各个环节，在生产过程中被广泛应用，特别是，两种金属相互混合合成的合金，也具有极其优秀的特性，在机械加工中也备受关注。
2）陶瓷类的材料。
陶瓷中的主要包含组分是氮化硅和碳化硅，陶瓷类的材料最大的特点就耐化学腐蚀，具有极高的硬度和较低的密度。在日常的机械施工过程中，一般密封性较强的元件使用陶瓷类材料较多。并且陶瓷类的材料成本非常高、而且还易碎，具有较高的脆性。
3）高分子类的材料。
类似合成纤维之类的材料被称为高分子类的材料，高分子类材料主要来源面比较广，延伸多个领域，最大优势就是在制备过程消耗很少的能源，甚至可以通过天然气中提取等等一系列优势，使得高分子类材料在机械设计中应用广泛。
4）复合型材料。
复合型材料一般是指两种或者两种之上的材料相互融合，无论是化学方式还是物理方式，最后得到的产物就是复合型材料，各自有各自的性能优势，可以根据机械加工不同的施工要求，选择相对应的复合材料，其实合金材料也是属于复合型材料的一种，可以说复合型材料的种类繁多，性能各有不同，适合各种要求的机械加工要求，受到高度的好评。
3 机械设计中材料选择与应用
1）载荷类型材料的选择。
在机械加工的设计环节中，设计的很多类型的元件或者材料到最后都无法得应用，甚至根本没有什么作用，出现此类问题的主要来源被淘汰的材料或者元件都是没有很强的载荷能力，不能最优化的发挥出元件或者材料的优势，因此，在机械加工设计阶段，面对材料或者元件的选择时，需要根据设计的载荷进行选择。最常见使用的就是选用低碳钢渗碳或者中碳钢调质等方法。
2）选用低能耗和低污染材料。
无论选择哪种类型的材料，首先对材料的要求就是低能耗和低污染从材料，不适用需要提前进行与热处理的材料，因为后期进行预热反应的材料，稍有不慎，就会造成材料的使用寿命缩短，或者性能消失等情况，并且这种材料后期预热会最周边环境造成很大的空气污染，所以，尽可能多的选择在热轧状态和冷拔状态都能发挥出最佳性能的机械材料。或者必不可免的需要选择预热处理的材料，那就尽可能少的使用预热处理材料，或者选择预热处理步骤较少的材料，常见的情况是使用低淬透性的钢对齿轮进行锻造，也就是具有穿透性的加热，等退热之后，机械材料出现一层淬硬。
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3）选用实用性的材料。
选择材料的第一要求就是选择实用性的，对机械加工有用的材料，选择材料之前需要根据机械设计的材料要求进行分析，选择机械设计使用的材料。有利于材料的合理使用和科学适用，不造成多余的浪费。比如：一些机械加工环节需要硬度较高的材料或者元件，但是一些环节就需要选择外观优质一些的材料，所以选择实用性的材料，是根据不同环节的不同要求而限定的。
4）采用金属材料回收利用处理。
由于我国机械设计中一般采用的材料就是金属材料，并且使用的金属材料种类过多，就钢材料就高达上百种，因此，在进行金属材料回收利用的环节中，金属材料过多，相互混合在一起，使得后期对废弃的金属回收利用时，出现回收困难，同时，严重影响了整体金属材料循环利用的性能。为了有效的对金属材料回收利用，需要注意金属材料的选择和对金属材料可循环性的鉴别，在实际情况中，一般使用合金材料的材料元素越少，使得金属彩礼的回收利用的概率就越大。
5）选用经济的材料。
考虑经济成本是选用机械设计材料的重要要求，起着关键性作用。在机械设计的过程中，设计人员需要根据设计过程中的具体步骤进行分析，结合各个过程的设计特点，选择性价比最高的机械材料，最大程度激发材料的使用价值，最后确定符合机械设计的基本要求。不同的机械设计材料具有不同的性能特点，需要详细了解材料的使用性能，才能选择性价比最高的、经济型的材料，要求符合机械设计的具体标准，掌握选择材料的基本内容。另外，还需要根据机械设计工程的整体预算进行选择经济型材料，主要根据两个原则，一方面是达到机械设计的工程要求，要求各种材料都是低价格的就行，另一方面，确保选择的材料都是性价比最高的，经济适用。特别是那种可以循环利用的机械材料，应被优先选择，从根源降低能源消耗，有效控制机械设计过程的成本，增加整个机械项目的经济效益。
6）选择材料一定符合国家的可持续发展原则，实质就是实现经济资源可循环发展，深入挖掘机械设计的基本要求，熟悉掌握机械材料的潜在内容，深入分析机械材料的基本特性，如何正确使用，最大化的发挥机械材料最佳性能，真正做到低能耗、低污染的机械工程。保护自然环境，环保节能是现代社会的重要发展理念，是我国可续发展的重要方针。随着我国经济的高速发展，人民群众对周边生存环境有了更好的要求，已经成为国际问题。因此，机械工程需要结合能源消耗与污染环境相结合，有效控制机械材料的能源消耗，提高材料的使用率，降低环境污染，将可持续发展为引导，选择环保节能的机械材料，尽最大努力减少不可再生资源在各个领域的应用。
4 注意事项
（1）在机械工程中，选择材料时一定要注重外载荷作用力。机械设计中的外载荷力，可以使材料表面出现弯曲等现象，弯曲严重时会导致整个材料失去使用价值，丧失性能。因此，选择材料时，应选择有良好加工工艺的材料，好的制造技术造就良好性能的机械材料，或者是多选择一些表面分布均匀、抗压能力强的机械材料。
（2）注意机械材料的实用性。机械材料选用的首要标准，就是材料的实用性。因为机械工程存在多种加工环节，并且每个加工环节都有各自不同的要求标准。例如：在焊接的环境中需要机械材料的一定要符合焊接的材料标准和对焊接的敏感性，或者在锻造环境需要机械材料适应锻造环节中的各种苛刻要求。所以，选择机械材料的同时要满足机械工程的实用性要求。另外还需要考虑机械材料的经济要求，考虑机械设计的整体预算或者阶段预算，深入分析，在满足机械设计标准的基础上，尽可能减少材料成本和机械加工成本，因此，足以保证机械加工的健康发展。
总结
综上所述，设计机械时，必须要对设计材料进行合适地选择，将科学制造工艺有效运用到生产中，从而使节能和环保以及经济之间的效益进行统一，机械设计向可持续的方向发展。
参考文献：
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［2］程艳． 机械设计过程中机械材料的选择和应用探析［J］． 景德镇学院学报，2014（6）：18-19．
［3］吴淑芳． 基于 CAD/CAE 快速响应的机械结构 GBESO法拓扑优化及模型重构研究［D］． 中北大学，2014．
论文作者:姚志岗
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/1
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