摘要：随着我国工业的快速发展，机械设计技术的应用越来越广泛，机械设计的技术水平是工业化水平中的重要组成，通过优化机械设计的材料选择和应用工作，一方面能降低工业的生产成本，同时也能提高工业的资源使用效率和经济效益。但是结合我国机械设计的实际情况来看，在材料选择和相关应用上还有很大的提升空间，这对于相关行业来说不仅是挑战，也是机遇。因此，本文将简单阐述如何选用机械设计所需的材料。
关键词：机械设计；机械材料；选择方法
引言：众所周知，机械制造业涉及诸多环节，其中设计环节决定着机械产品的整个生产过程及生产质量，尤其机械材料的选择是机械设计的重中之重，人们也对机械行业提出了更高的要求。因此，如何选择适合的机械材料引起了设计人员的广泛关注。针对机械设计的选择和应用，要立足长远，在满足质量要求的前提下，选择经济、实用、环保的新型材料，实现机械设计材料选择和应用的科学化与合理化。
1、机械设计中材料的选用原则
1.1可持续发展原则
可持续发展的原则实际上就是让资源可以进行循环的利用。实际进行的时候要求根据机械设计相关的基本要求去深入挖掘材料，清晰的了解和掌握材料潜在的各种内容，并对机械材料基本特性进行分析。分析如何才可以充分的发挥机械材料的最佳性能，对机械材料的能源消耗进行控制，在这样的基础上实现可持续发展。
1.2实用性原则
选择机械设计材料，首要考虑的就是材料的实用性原则，因为这是保证机械设备能够正常运转的前提。机械设计的不同部件由于使用的环境与载荷等因素不同，所以选择材料也是不同的。对此，就需要我们根据不同的情况进行分析，考虑零部件强度要求、使用寿命要求、外观质量要求等，并针对不同需求，选择某一点作为关键的侧重方向，选择实用性材料。
1.3经济性与适用性原则
材料的经济性与适用性原则，就是选择材料时要量体裁衣，根据机械产品的质量要求、用途以及机械制造过程中的铸造工艺、装配工艺和焊接工艺等环节的要求，选择既能满足要求，又价格低廉的材料。比如，在金属材料中，钢铁的价格是很便宜的，因此在选材时，在满足要求的前提下，可以尽可能地选择钢铁。再比如，铜和铝都是电的良导体，铜的电阻率比铝更小，但是铝的价格比铜便宜许多，当满足需要时，尽量选用铝而不是铜作导电材料。这样就可以在保证产品质量的前提下实现最大的经济效益。
2、选用机械材料的具体方法
2.1明确机械设计要求
为保证机械设计中机械材料选择的科学、合理，设计人员应明确机械设计要求，把握设计工作的重点与难点，保证设计工作的顺利进行，尤其应注意以下问题：
一方面，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。
另一方面，做好材料经济性分析。不同机械材料不仅性能差别较大，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。
2.2选取低消耗材料
机械行业的可持续发展，不仅要建立在城市的不断建设上，同时还要从机械设备的选取与使用过程中，加强节能环保材料的使用。这是因为，在材料的选用过程中，环保节能的材料将会有效降低污染。首先，在选取机械设备材料的途中，应减少或避免热处理工艺的应用。这是提高材料寿命与使用性能的关键；其次，热加工处理还会大幅提高材料处理与生产对周遭环境的破坏。机械设备的材料选择及处理，可以选择冷轧与热轧的方式，做到最大化发挥材料的性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外如若热处理这一工序是生产过程中不可避免的一步，那么应尽量选用工序使用较少的材料，从而降低材料消耗，使用更多的低耗能材料，确保行业可持续发展。
2.3材料载荷水平的选择
机械设计中对于材料荷载水平的选择是很重要的，这是因为在机械设计的过程中一些材料由于荷载水平较低的原因可能会导致出现后期抑制失效的情况，使得机械零件不能发挥出应有的作用。对这一问题的解决主要是对材料选择应用过程中要对材料的载荷能力加以充分的估算，优选载荷水平较高的材料，并在有需要的情况下对材料进行后期处理，以使材料的荷载水平得到进一步的提高，例如对低碳钢进行渗碳以及对中碳钢调质等。
2.4做好材料性能分析
实际分析材料的性能的时候，首先要做好物理性能的分析。对于机械材料来说它的物理性能一般都比较多，现在主要体现在导电性和导热性以及密度还有熔点等方面，相关设计人员在实际对机械材料的物理性能进行分析的时候还要结合着零件所处的真实环境来进行。比如要限制机械材料重量的时候，就可以考虑选用镁和铝等金属材料。
其次，要做好化学性能的分析。现阶段机械材料的化学性能主要包括氧化性、稳定性以及耐腐蚀性等。比如在高温情况下运行部分零件的时候，如果使用抗氧化性强和耐高温的机械材料，那么就可以有效延长零件的使用寿命。
最后，要做好工艺性能的分析。对于机械材料来说其工艺性能主要可以分为切削性能、焊接性能以及锻造性能等。零件实际生产时的难易程度直接受到这些性能的影响。所以对于设计人员来说，选用材料的时候要先通过实验来分析它们各自的性能，之后再通过各个专家去分析材料的可行性，以此对机械材料的选择方案进行确定。
2.5选择合理处理工艺
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。
2.5.1普通热处理
如果机械材料硬度较大，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。另外，经退火或正火处理，机械材料硬度、强度应无法满足设计要求时，此时应考虑使用淬火与回火进行处理，以获得优异的力学性能，及脆、硬的马氏体。
2.5.2表面热处理
如果需要机械零件表面至心部具有不同的性能时，则需对其进行表面热处理。例如，为提高零件表面的耐腐蚀性、热硬性、硬度时，可对其进行氮化处理；如需获得表面的高碳回火马氏体，而信不为低碳回火马氏体，则需进行钢的渗碳处理；如需表面层为淬火组织，而内部为淬火前组织时，可考虑采用高频淬火进行处理，其中电流频率越高获得的淬透层越薄。总之，不同的处理工艺，实施流程及复杂度有所不同，要求设计人员设计过程中做好充分的考虑。
结束语：
总之，机械材料的选择和应用是机械工程行业的重要前提，对机械行业健康发展有重大意义。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，为了降低机械材料的过量消耗和浪费，合理选择和利用材料成为当下机械设计的可持续发展方向，为此需要设计人员充分分析机械设计需求，结合机械材料特征，保证机械材料选用的合理性与科学性。合理的应用新型的选择方式不但可以让机械设计的可持续发展得到满足同时也可以让机械设计的适用性和经济性得到满足。
参考文献：
[1]熙婷.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国新技术新产品，2018.
[2]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018.
[3]黄刚珠.机械设计中材料的选择及使用方法初探[J].科技资讯，2018.
论文作者:邓信明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
标签：材料论文; 机械设计论文; 机械论文; 性能论文; 零件论文; 过程中论文; 设计人员论文; 《基层建设》2019年第29期论文;