摘要：做好机械设计中材料的选择和应用有利于企业和国民经济的增长，也有利于企业在激烈竞争中位于不败之地，因此必须要积极探究机械设计中材料的选择和应用，促进企业的发展和国民经济的进步。本文就浅谈机械设计过程中机械材料的选择和应用。
关键词：机械设计；材料；选择应用
机械发展高度代表着国家文明程度，机械设计事业影响着我国发展和进程，机械事业发展是我国社会进步的体现，是国家发展的标志，对国民经济起着决定性作用，机械行业必须注重机械质量，保障机械质量的关键就是对材料的选择和应用。
一、机械设计中材料的选择和应用的意义
随着现代工业的发展，工业体系越来越完善，对于机械的使用也越来越科学，机械发挥的作用也越来越大，其使用的数量和范围也在不断扩大，这样的发展趋势对于我国工业来说，在每一个档次的机械中都出现一定材料短缺的现象。从现在社会发展的趋势上看，机械材料的选择和使用在节能环保方面发挥着举足轻重的作用，因此在进行机械设计的过程中对于机械材料的选择和应用非常重要。机械设计的过程中，要从性能、质量、成本三个方面进行选择和应用。性能方面主要是根据材料的性能和使用的环境进行合理的选择；质量方面主要是选择材料和性能的合理搭配；成本方面主要考虑使用材料的价值和其市场竞争力的优势。
二、机械设计常用的材料
（1）金属材料
在各个行业中，金属材料是使用最广泛的，最有代表性的就是钢铁，根据不完全统计，在工业体系的生产制造中，钢铁的使用占据生产制造使用材料的90%。金属材料的广泛使用，和其性能和成本关系密切，一般来说，金属材料开采容易、制作简单、成本低廉，而且其优良的力学性能能够满足大部分生产所需。除了钢铁之外，现在的合金也使用很多，合金在强度和韧性和塑性方面性能优良，是制作零件的主体。除此之外还有有色金属的使用，比较有代表性的就是铝及其合金体系，在防腐的环境中应用较多。
（2）高分子材料
高分子材料主要是工业提取出来的材料，大致可以分为三类，一种是塑料，一种是合成纤维，一种是橡胶。高分子材料的优缺点非常明显，优点是原料丰富、密度较小、性能优良、能耗较少，比如说聚四氟乙烯，这种材料的化学稳定性极强，不但耐腐性强，而且能够低温和沸水的条件下不发生太大的变化。高分子材料的缺点主要是耐热性差。
（3）陶瓷材料
陶瓷材料在工程中应用广泛，代表有碳化硅和氮化硅为主的高温陶瓷、氧化铝为主的刀具陶瓷。陶瓷材料的优点是硬度和熔点度高、耐腐蚀和耐磨性强、刚度大且密度低。陶瓷材料被人们戏称：比精钢石硬，比铝材料轻。陶瓷材料的造价昂贵，应用的范围主要是密封件和切削刀具以及滚动轴承。
（4）复合材料
复合材料顾名思义就是多种材料复合而成，比如物理性能和力学性能的融合，将不同的材料性能通过融合，提升材料的综合性能。但是由于基本相和增强相的存在，使得复合材料拥有单一材料所没有的优良性能。
三、机械设计中机械材料选择和应用的原则
（1）荷载
荷载中的应力和性质是机械设计中重要的因素，从荷载中能够充分了解材料的性能，比如说脆性材料应在经荷载的作用下使用，塑性材料可以应用在冲击力较弱的环境中。在荷载应力的方面角度，金属材料能够通过各种公里来改变性能，比如说热处理工艺和回火技术，充分开发出机械材料的能力。在比如说调质钢，它在使用的过程中能够通过回火获得更多的性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（2）环境
机械设计的过程中，工作的环境和工作的温度对其材料的选择有着很大的影响，一方面要考虑零件在磨合过程中的线膨胀系数，另一方面也要考虑材料的性能在温度和环境方面的影响。因此在机械材料的选择和应用中，为了改善机械磨损的情况，也可以适当的进行表面处理，提上材料的硬度和性能。
（3）零件加工与成本控制
越是复杂的零件在加工的过程中，使用铸造毛坯的方法效果也就越好，或者是用板材冲压焊接，而越是简单的零件加工，采用锻造法是最佳优良的选择。成本控制主要取决于材料的本身价值，如果价格较低的材料已经能够满足实际的需求，那么就不要选择价格较高的材料。
四、机械设计中材料的选择和应用
（1）载荷类型机械材料的选择应用
机械材料在加工制造的过程中，偶尔会出现失效的现象，除此之外，加工制造出的零件在实际的运用过程中，会出现抑制失效的情况，这些问题都是因为荷载差异所致。因此在这个过程中，为了延长机械材料的使用寿命，保证机械材料能够得到有效的应用，需要严格把控荷载类机械材料的选择，精准的估算出材料的实际荷载值，然后根据设计的需求，选择性价比高且满足荷载的材料。
（2）实用性机械材料的选择应用
实用性机械材料的选择应用主要就是体现在其材料的实用性方面，保证材料在铸造和加工、切削和热处理方面符合工艺指标外，还需要保证在加工完毕后的综合性能。实用性机械材料的选择，不仅要充分考虑材料的强度，也需要考虑材料的耐磨性，除此之外还需要考虑外观或者其他方面的需求。最后根据这些出发点，综合性的进行材料的选择和使用，最大化的发掘材料的使用价值。
（3）低消耗机械材料的选择应用
低消耗机械材料的选择应用是非常符合我国可持续发展的战略的，低消耗材料意味着材料的消耗、加工材料的污染性低，也标志着在机械设计的过程中，也要尽量采取低碳环保的工艺。现阶段的材料处理工艺中，热处理是比较普遍的，但是热处理的污染较大，因此在机械设计的过程中，可以尽量使用冷热轧的方式，处理机械材料，从而达到节能减排的目的。
五、机械设计中材料的选择与应用策略
（1）明确机械设计要求
明确机械设计要求就是要把握设计重点和要点，需要注意以下问题：一，明确设计零件用途。机械零件用途不同，对零件性能的要求差别较大，直接影响材料的选择，因此，设计人员应结合零件用途，分析零件所处的运行环境，以及运行中的影响因素，对比分析不同材料的适用性。必要情况下，对零件所处的运行环境进行仿真模拟，掌握零件各种受力参数，选择针对性机械材料。二，做好材料经济性分析。不同机械材料不但性能差别较大，而且价格有较大差异，因此，机械设计中应做好成本的控制，对各待选材料的经济性进行分析，认真分析零件生产所需工艺，以及在生产中的人力、财力投入情况，确定最佳的机械材料应用方案。
（2）选优合理处理工艺
机械零件生产时，为提高零件综合性能往往采用相关工艺进行处理，促进机械生产工作的顺利进行，设计人员应分析不同机械材料所用处理工艺的复杂度，确定最佳的处理方案。接下来以钢材料的热处理为例进行分析。钢热处理分为普通热处理、表面热处理，其中普通热处理包括退火、正火、淬火等，表面热处理有渗碳、渗氮、高频淬火等。如机械材料硬度较大，不利于切削、生产时，需要进行退火处理，以降低材料硬度。与之相反，如想提高机械材料硬度，可对钢进行正火处理。
结束语
针对于机械设计而言，需要重视的首要问题，就是对机械材料的选择，不仅对机器性能起决定的作用，还关系到机器的使用寿命，对于使用机器的互换性和经济性的指标也有很大的影响。所以，选择和应用机械设计过程中的材料，必须要达到基本的合理性。
参考文献
[1]汪立国.机械设计中的材料选择及使用问题研究[J].科学技术创新,2017(22):58-59.
[2]杨松松,喻翔,赵志超.浅析机械设计及自动化节能设计理念[J].科技创新与应用,2017(16):165.
论文作者:段可
论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月60期
论文发表时间:2020/3/4
标签：材料论文; 机械论文; 机械设计论文; 性能论文; 零件论文; 荷载论文; 过程中论文; 《知识-力量》2019年12月60期论文;