摘 要：如何選取適合的材料以及如何使用都屬于機(jī)械設(shè)計(jì)里面最為關(guān)鍵的內(nèi)容之一，所以只有正確選取到合適的材料以及合理地使用才能保證設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品具有一定程度的性能要求，因此就要求相關(guān)設(shè)計(jì)者需要仔細(xì)考慮，以使得材料能夠正確的選取。本文所討論的內(nèi)容為跟機(jī)械材料有關(guān)的部分內(nèi)容，并且對(duì)于在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)如何選取正確的材料作出分析，為個(gè)人或者團(tuán)體的研究提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械材料；選擇；應(yīng)用

這些年，中國(guó)在機(jī)械制造這個(gè)方面所取得的進(jìn)步是非常大的，對(duì)中國(guó)推進(jìn)工業(yè)化的發(fā)展起到了很大的作用。一般人都知曉，在進(jìn)行機(jī)械制造的時(shí)候，需要考慮的東西有很多，在其中，機(jī)械設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)內(nèi)容，關(guān)系到整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的制造難易程度以及性能高低，而如何選取機(jī)械材料又是機(jī)械設(shè)計(jì)這一內(nèi)容中的關(guān)鍵，一直都被機(jī)械行業(yè)中的人員所注重。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)選取較多的材料分析

在分析整個(gè)機(jī)械材料的時(shí)候，如果對(duì)其進(jìn)行較為粗略的分類，就能夠分成金屬材料和非金屬材料，再討論各類中含有的材料類型，一般而言金屬材料是包括有鑄鐵、鋼、銅合金等幾類，非金屬就包括有高分子材料、陶瓷、復(fù)合材料等幾類。因?yàn)樗鼈兊男阅軆?yōu)秀，以上所列舉的材料都是被大量應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)之中。

（一）金屬材料

鑄鐵有著較好的液態(tài)流動(dòng)性，并且熔點(diǎn)也較低，能夠很容易進(jìn)行切削加工，其所具有的耐磨性以及減震性也很優(yōu)良，所以經(jīng)常被拿來(lái)制造各類型的零件，有時(shí)候比較復(fù)雜的零件業(yè)能夠使用其來(lái)制造。其的分類是根據(jù)鑄鐵中所含碳的形式，能夠分成灰口鑄鐵、球墨鑄鐵兩類。其中灰口鑄鐵中含有的碳的形式是片狀石墨，所以其能夠具有較好的塑性以及鑄造性能。在使用時(shí)經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行熱處理，通常是進(jìn)行表面淬火、高溫退火、去應(yīng)力退火來(lái)處理，以此來(lái)提升其相應(yīng)的性能，鑄造優(yōu)秀的產(chǎn)品。球墨鑄鐵相比灰口鑄鐵擁有更好的塑性以及強(qiáng)度，所以其熱處理的常用方法是淬火+回火、正火、退火。

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)鋼的使用非常多的，根據(jù)鋼中所具有的化學(xué)元素來(lái)進(jìn)行分類，可以分成碳素鋼和合金鋼兩種。碳素鋼具有很多的優(yōu)秀的性能，并且價(jià)格較為便宜，產(chǎn)量也很多。

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，有可能要求高碳鋼性具有更優(yōu)秀的性能，這時(shí)最為常見的做法就是向高碳鋼中加入其他的特殊元素，以此來(lái)生成合金鋼。最后有些研究表明。合金鋼所具有的性能不僅僅受到其加入元素的影響，而且還和使用的熱處理方法有著較大關(guān)聯(lián)。

銅合金劃分成黃銅、軸承、青銅合金等幾個(gè)種類，它們都有著非常好的液體流動(dòng)性以及塑性，并且青銅合金擁有較強(qiáng)的抗腐蝕性以及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，使得其在很多的設(shè)計(jì)中都被采用。

（二）非金屬材料

高分子材料有很多，但是其中最為人熟悉的還是塑料以及橡膠，這兩類在我們的生活中隨處可見，塑料所具有的特點(diǎn)是材料質(zhì)量較輕，所以容易制造出復(fù)雜的零件，不過(guò)塑料本身所具有的性能不是很好。橡膠所具有的特點(diǎn)是有較強(qiáng)的彈性，能吸收力，所以經(jīng)常被用來(lái)制作減震器、聯(lián)軸器的彈性器件。

陶瓷材料不容易發(fā)生化反應(yīng)，并且耐熱硬度高，能夠用來(lái)制作刀具、磨具等等器件，有著很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

復(fù)合材料能夠很好的補(bǔ)充高分子材料、陶瓷材料所具有的缺點(diǎn)，擁有較強(qiáng)的耐磨性、緩沖性、抗疲勞性。但是因?yàn)槠鋬r(jià)格較高。所以常常只能用在制作較為重要的領(lǐng)域之中，民用比較少，但是因?yàn)榭萍嫉倪M(jìn)步，其成本在不斷降低，未來(lái)其的發(fā)展?jié)摿σ彩呛艽蟮摹?/p>

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選取和使用方法

通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中常見材料的學(xué)習(xí)后，為了使所設(shè)計(jì)的部件符合需要，相關(guān)設(shè)計(jì)者還必須做到以下幾點(diǎn)：

（一）確定機(jī)械設(shè)計(jì)需求

為了使得設(shè)計(jì)中采取的材料能夠合適，相關(guān)的設(shè)計(jì)者就得確定其設(shè)計(jì)部件的需求，這樣才能分析設(shè)計(jì)中需要注意的關(guān)鍵，使得設(shè)計(jì)能夠的完成，所以就需要注意下面幾點(diǎn)：

第一點(diǎn)，需要知道設(shè)計(jì)的零件應(yīng)該發(fā)揮怎樣的作用。作用要求不一樣，性能追求不同，設(shè)計(jì)的材料需求也不同。所以，設(shè)計(jì)者就必須了解零件的用處，思考零件需要滿足的要求，再來(lái)比較不一樣的材料是否能夠適用。某些情況之下，還必須對(duì)零件進(jìn)行模擬使用，這樣才能得到接近真實(shí)工作狀態(tài)下零件所受到的各種力的影響，最后選取能夠滿足需求的材料。第二點(diǎn)，材料的使用需要有一定的預(yù)算。雖然所使用的材料性能是越高越好，但是因?yàn)橐@取最大得到經(jīng)濟(jì)效益，就得考慮成本了，因此在滿足性能需求的情況下，還需要對(duì)材料的價(jià)格、自身加工成等等都需要考慮，選擇最優(yōu)方案。

（二）做好材料性能研究

機(jī)械材料性能會(huì)對(duì)用其制造出來(lái)的零件性能以及使用時(shí)間長(zhǎng)短都會(huì)帶來(lái)根本的影響，所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要做好材料性能研究，詳細(xì)內(nèi)容如下：

第一點(diǎn)，對(duì)材料進(jìn)行物理性能研究。物理性能實(shí)際上就是材料的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熔點(diǎn)以及密度等，這就需要設(shè)計(jì)者根據(jù)零件工作的環(huán)境來(lái)選取合適的材料，然后就是研究制造時(shí)所需要完成的工藝步驟，最后選擇加工簡(jiǎn)單的材料。比如，如果零件要求質(zhì)量盡量小，就可以選擇鋁、鎂等密度小的材料。第二點(diǎn)，就是和物理相對(duì)的化學(xué)研究?；瘜W(xué)性能實(shí)際上指的是材料的耐腐蝕性、抗氧化性等等。比如，如果所需要涉及的零件工作環(huán)境是高溫，為了保證零件的正常使用以及擁有較長(zhǎng)的使用壽命就得要求其材料具有較強(qiáng)的抗氧化、耐高溫能力。第三點(diǎn)，做好工藝性能研究。工藝性能實(shí)際上就是對(duì)材料加工時(shí)，材料的加工性能。其將影響制造零件時(shí)是否會(huì)比較困難，所以，要求設(shè)計(jì)者做好充足的研究分析，選出最適合的機(jī)械材料。

（三）優(yōu)先合適處理工藝

在零件的制造過(guò)程中，未來(lái)將零件的性能進(jìn)行加強(qiáng)，很多時(shí)候就得對(duì)零件進(jìn)行一些工藝處理，根據(jù)材料所需要處理工藝的難易程度，來(lái)制定最合適的加工方法。此處將鋼材料進(jìn)行熱處理當(dāng)做例子。鋼的熱處理能夠分成普通熱處理、表面熱處理，普通熱處理所含有的工藝有退火、正火、淬火等，表面熱處理所含有的工藝為滲碳、滲氮、高頻淬火等。舉個(gè)例子，一旦處理的材料硬度非常高，進(jìn)行切削加工的時(shí)候就不方便，就需要采取退火處理，來(lái)將材料的硬度降低。還有一點(diǎn)，如果材料經(jīng)過(guò)退火或正火之后，其部分性能達(dá)不到要求就得對(duì)其進(jìn)行淬火和回火，來(lái)保證材料的性能滿足需求。當(dāng)對(duì)零件表面和中心有著不一樣的要求，就可以對(duì)其采取表面熱處理工藝。比如，如果零件需要有較高的耐腐蝕性、熱硬性以及高硬度，就能夠?qū)ζ浔砻娌扇〉幚?。如果還需要得到表面的高碳回火馬氏體，但是零件表面是低碳回火馬氏體，這時(shí)可以采取鋼的滲碳方法。如果需要零件表面是淬火組織，但是其內(nèi)部是淬火前組織的時(shí)候，就能夠使用高頻淬火這一種方法?？偠灾?，所需要的性能不一，處理的方法也不一樣，其復(fù)雜程度以及過(guò)程也有著不同，這就要求設(shè)計(jì)者進(jìn)行完美的思考。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選取與使用過(guò)程中需要注意的幾點(diǎn)

（一）經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性

材料不僅僅需要具備相當(dāng)?shù)膶?shí)用性，還得具有一定的經(jīng)濟(jì)型，這兩個(gè)性質(zhì)都不能夠缺少，反而要相互融合統(tǒng)一，保證零件的性能上做到最大利益化。實(shí)用性的含義為，在材料進(jìn)行制造以及使用的時(shí)候，會(huì)有著較為積極效果。經(jīng)濟(jì)性的含義是，在能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)用性的條件下，能夠選取價(jià)格更加便宜的材料來(lái)制造零件。能夠處理好這兩者的關(guān)聯(lián)是比較困難的，因?yàn)椴粌H僅需要注重產(chǎn)品的性能，還得保證資金的使用；也不可以單純地降低產(chǎn)品的成本，而使得其性能上存在著不足。

（二）可持續(xù)性

能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，才是一個(gè)最好的發(fā)展形式。在選取材料上，就得深刻挖掘材料的價(jià)值，并且配合國(guó)家的相關(guān)政策，在使得環(huán)境得到保護(hù)的前提下，依據(jù)發(fā)展對(duì)零件的需求將材料進(jìn)行反復(fù)利用，保證現(xiàn)在進(jìn)行的發(fā)展不會(huì)落后，而且進(jìn)行發(fā)展的時(shí)候不會(huì)損耗更多的資源，以保證將來(lái)的后人也有著充足的資源進(jìn)行發(fā)展。

（三）環(huán)保性

因?yàn)楝F(xiàn)在社會(huì)為了取得更快的發(fā)展，所以只顧著發(fā)展經(jīng)濟(jì)，導(dǎo)致地球上的自然環(huán)境遭受到的很嚴(yán)重的破壞，各地都出現(xiàn)很多的污染。這也提醒了人們需要重視環(huán)境的保護(hù)，因?yàn)槿祟惉F(xiàn)在只有在地球上進(jìn)行生存，如果破壞到無(wú)法挽回的地步，這也將會(huì)導(dǎo)致人類的毀滅?，F(xiàn)在世界各個(gè)國(guó)家都在發(fā)布各種關(guān)于保護(hù)環(huán)境的文案，我們也需要積極配合。在進(jìn)行材料的選取上就必須保證其具有環(huán)保性，為持續(xù)性發(fā)展以及環(huán)境的保護(hù)貢獻(xiàn)一份力量。

四、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在，中國(guó)的工業(yè)正在急速的發(fā)展，所以機(jī)械設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域?qū)?huì)面臨更嚴(yán)格的需求和更多的困難。機(jī)械設(shè)計(jì)這一行業(yè)的發(fā)展將會(huì)帶動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，隨之促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展。而作為機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)材料的選取以及使用這一關(guān)鍵內(nèi)容，就需要得到更多的關(guān)注，希望能夠提升整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，并且保證使用最為合適的材料來(lái)獲取最大的利益，促進(jìn)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，對(duì)于材料的實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)型一定要把握準(zhǔn)確，不能夠偏重其中的一點(diǎn)，導(dǎo)致忽視另一點(diǎn)的重要性。其實(shí)最為重要的還是材料使用的環(huán)保型以及可持續(xù)性，因?yàn)槎虝旱赝ㄟ^(guò)犧牲環(huán)境來(lái)獲取的利益終將是不可取的，所以，只有做好材料選取的這些方面才能夠?yàn)槲覈?guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)帶來(lái)更好更久的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

韓志剛（1988-），男，民族：漢族，籍貫： 山東省濰坊市，當(dāng)前職務(wù)：機(jī)械設(shè)計(jì)，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士（同等學(xué)力），研究方向： 舞臺(tái)機(jī)械。