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摘要：机械行业的发展对于创建现代化工业体系起着至关重要的作用，机械设计行业材料的选择是设计出高性能、高质量的机械设备的关键，是保障机械设备使用性能和质量寿命的前提。本文在此探讨机械设计常用材料与应用。
关键词：机械设计；材料；选择；应用
前言：随着机械需求的迅速增加和对质量和使用性能要求的不断提高，材料作为机械设计发展的基础，要对材料选择进行综合全面的考虑。合理的材料选择和使用，可以大大提高机械设备的使用性能和使用寿命。
一、机械设计中的常用材料
1、金属材料
量大面广是金属材料在机械设计中的应用特点。钢铁材料由于具有良好的综合性能和低廉的价格，能满足各种领域的需求，所以其使用范围越来越广。金属材料包括纯金属材料、多种金属的合金材料、特殊性能的特种金属材料。其中合金材料由于是由两种或两种以上的金属材料构成，其性质具有单种金属不可比拟的优越性。特种金属一般都是不常见的金属材料，其有着特殊的性能，一般用于科技领域研究或特种行业使用。
2、复合材料
所谓复合材料就是把两种或两种以上不同材料，通过物理或化学的方法，组成的具有特定使用性能的新材料。复合材料的种类分为包括铝、镁和合金材料等的金属和包括树脂、橡胶和陶瓷等的非金属材料。玻璃纤维、金属丝和碳化纤维也属于增强型复合材料。
3、现代高分子材料
高分子材料在基体化合物中掺入添加剂或助剂而形成的聚合物材料，它保有原有材料的性能特点，并可根据使用要求進行材料设计。高分子材料的原材料只要采用极为简便的方法便可获得，而且获取范围和使用极广。比如我们生活中常见的合成纤维、塑料等都是高分子材料。因为此种材料还可以从天然气等自热物质中提取，加工能耗低，较强的可再生性和可循环性是其巨大优势。高分子材料因具有诸多金属材料无法比拟的优势，所以在机械设计各个领域中广泛取代传统的金属材料，其发展势不可挡。陶瓷材料就是主要以氮化硅和碳化硅为原料，经过高温烧制等工艺而制成的非金属材料。它具有硬度高、耐磨耐腐性高、绝缘等优点，被广泛的应用于密封零件设计、化学仪器设计制造和电容器制造中。随着纳米陶瓷技术的不断发展，陶瓷材料在航空航天及卫星通讯领域的应用中发挥着越来越重要的作用。
二、机械设计材料选择与应用
1、荷载型材料选用
如果材料的荷载能力不足，会使机械零件在超荷载情况下运行，从而导致材料性能降低、寿命大幅缩减。在机械设备使用中会出现材料失效或者零件失效的问题，从而影响设备运行。所以，在选用机械材料时，要注意荷载标准，保证机械设备运行不会受到材料质量限制，并且要尽量做到经济性，以较小的投入换取功能性的实现。使用热处理技术，可以很好的提高材料荷载性能，热处理通常可以分为调质、表面硬化与氮化等。从当前应用情况来看，调质技术由于可以显著提升机械材料的塑性及强度所以应用较广。在应用此技术时，要做好材料调质硬度标注，以保证调质后材料强度达到要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆表面硬化技术是一种材料表面性能处理能力，通常材料外层容易受环境影响发生变质、磨损，表面硬化可以有效提升材料耐磨性及耐腐蚀能力等。氮化在氮化钢处理工作中常会应用，这一处理方式在处理中材料所产生的硬化层不大，不会发生较大变形，如果与调质配合使用，也可以提高材料性能。渗碳技术需要应用到渗碳炉，可以提升机械材料表面含碳量，在淬火后材料表面硬度会获得提升，但是这时材料性能并不稳定，在经过低温回火处理后可以有效消除应力影响，成为稳定结构。
2、碳素钢与合金钢
碳素钢虽然强度不高，韧性上也差强人意，但是加工方便且造价低，所以很受市场欢迎，在机械设计中也有很广应用。为有效提高碳素钢性能，通常会加入一些可以提高碳素钢耐磨性、韧性、强度等性能的合金，形成合金钢。合金钢具有很好的耐热、耐腐蚀特性，可以承受较大荷载应力，对于一些需要进行淬火的设计中有很好的应用价值，不会产生裂纹，也可以减少变形情况。
3、节能环保型材料选用
传统的发展模式不可避免的对环境造成了严重破坏，环境破坏造成的恶果已经开始显现并日益影响生产生活与健康状况。如今环境问题已经受到整个世界的关注。基于这一形势，机械设计中也要注意设计实现所需材料是否具有环保性，尽量使用可以回用、回收的材料，减少非可再生资源使用、减少在使用中可能在产生化学反应变化后出现污染物的材料以减少污染。另外绿色设计对节能也有很高要求，设计也要注重能耗，广泛采用节能设计。机械设备中常含有对环境、人体有害物质，如砷、铅、锂等，出于对使用者健康考虑，也为响应国家环保号召，应该在满足设计要求的情况下尽量选用无毒害、无污染、具有一定经济性的材料以满足行业发展要求。
4、可回收材料选用
机械设计多会选用各种金属材料作为设备主体，对于不同零部件则根据性能要求专门设计相应金属材料或者采用合金优化性能。与非金属相比，金属材料更具有回收价值且更容易回收，不过在材料报废后，如果采用的是单一金属材质，则回收会很方便，一些常用的简单合金如铝合金等也具有很好的回收价值，但是复杂合金则回收利用要困难得多。所以，出于循环利用考虑，要尽量在设计中选用单一金属或者成分相对简单、常见的合金种类。
5、应具有经济性与实用性
机械设备要具有一定性价比，才能有更好的市场，更容易被接受。要有性价比，就要求所用材料要有经济性。很多时候，简单实用的常见材料性能更为稳定，性状研究也更为深入，维修替换、保养也更熟悉、方便。经济性材料有成本低廉的天然优势，采购与加工都更为方便，有利于生产效率提升。从实用性上看，设计中选用不同工艺处理办法，如铸造、锻造、焊接、粘结等，都会对材料选择产生很大影响，在不同的工艺下，在工作环境、应用方向上也会有所区别。
结束语
可持续发展是受当今社会普遍认可的社会理念，机械是现代先进技术的代表作，从一定程度上来讲，机械代表了工业的未来。为此，在选用材料时，要注意材料是否符合发展理念，是否与时代要求相适应。设计中，材料的选用要可以满足设计理念可以实现并力求能有理想效果；同时还要注意发掘出材料的性能，充分利用材料潜力，达到物尽其用的效果，以实现材料节约，对设计进行合理整合。
参考文献
[1]杨颖卓.机械设计中耐磨损材料的选择与应用[J].工程技术：全文版，2016（8）：00265-00265.
论文作者:胡敬强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/17
标签：材料论文; 性能论文; 机械设计论文; 金属材料论文; 荷载论文; 碳素钢论文; 合金论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;