摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家科技水平也取得了顯著的進(jìn)步，國力不斷增強(qiáng)，使得社會對機(jī)械設(shè)計的要求開始越來越高，而作為機(jī)械設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)，材料的選擇應(yīng)用處理則更加受到了人們的重視，一個高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品離不開好的材料。而就目前而言，我國機(jī)械設(shè)計這一重要環(huán)節(jié)中，還存在著一些方面的問題，這些問題在不同程度上影響了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，相關(guān)技術(shù)人員必須嚴(yán)謹(jǐn)對待這個問題，科學(xué)、合理的進(jìn)行材料的選擇與處理應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計 材料處理 綠色環(huán)保

中圖分類號：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0124-01

在機(jī)械設(shè)計過程中，材料的選擇成為了設(shè)計工作者們非常注重的一個環(huán)節(jié)，當(dāng)前，機(jī)械業(yè)發(fā)展日新月異，高科技機(jī)器在各行各業(yè)中層出不窮。筆者認(rèn)為，機(jī)械設(shè)計材料處理的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況，從重要意義，使用要求，綠色節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展道路等幾個方面入手。筆者從事相關(guān)工作，就機(jī)械設(shè)計中涉及到的材料選擇和處理應(yīng)用問題談?wù)勛陨淼目捶?，以期能與更多的同行進(jìn)行探討，尋求其中的最佳道路。

1 機(jī)械設(shè)計過程中材料選擇的重要性與實際意義

加入WTO以來，我國經(jīng)濟(jì)在短短的幾十年內(nèi)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為了世界第二大經(jīng)濟(jì)體。資源的大量汲取，特別是對機(jī)械制造業(yè)資源的大肆利用，使得很多用于機(jī)械制造的材料都消耗殆盡。我國本來就是一個人口大國，盡管資源總量排在世界前列，但是人均下來，僅僅處在世界最后一位。在這種實際情況下，機(jī)械設(shè)計過程中材料的選擇顯得更加重要，我們在進(jìn)行選材時就要更加注重綠色環(huán)保與節(jié)約能源，也就是我們常常說到的經(jīng)濟(jì)性，我們要將有限的資源，最大限度的投入社會建設(shè)中去。

2 采取科學(xué)的手段，進(jìn)行材料的選擇和處理應(yīng)用

2.1 淺析調(diào)質(zhì)技術(shù)和相關(guān)工藝

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時，經(jīng)常被用到的一種熱處理技術(shù)就是調(diào)質(zhì)技術(shù)，經(jīng)過這種技術(shù)處理過的零件，可以大大強(qiáng)化材料的強(qiáng)度，剛度等，其綜合性能有了明顯的提高，使材料在使用過程中能夠承受更大的沖擊力，這對于機(jī)械制造而言，是十分重要的，材料能夠承受沖擊力的能力越大，進(jìn)行零件設(shè)計時，就可以選取更小截面，來節(jié)約材料，從而減輕所設(shè)計設(shè)備的重量、體積，因此，這種技術(shù)在機(jī)械設(shè)計時得到廣泛的應(yīng)用。不過，在進(jìn)行調(diào)質(zhì)技術(shù)時，必須要注意以下幾點：（1）對調(diào)質(zhì)的原材料要認(rèn)真選擇，不同的材質(zhì)調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能差別很大。調(diào)質(zhì)一般適合于中碳剛，含碳量介于0.27%～0.50%之間。碳量過低不易淬硬，使回火后不能達(dá)到所需的強(qiáng)度，碳量過高則韌性不夠。另外合金調(diào)質(zhì)鋼中加入的合金元素Cr Ni Mn Si等可以增加鋼的淬透性。（2）要改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計，避免尖角和棱角，避免壁厚相差懸殊，采用封閉、對稱結(jié)構(gòu)等，以避免熱處理過程中的零件變形、開裂。（3）合理安排工藝路線，留有加工余量，我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有對這方面的對照表來供技術(shù)人員參考。

2.2 表面化學(xué)熱處理技術(shù)以及選材

在進(jìn)行機(jī)械加工時，零件的成型會經(jīng)過很多道工序，金屬表面的化學(xué)熱處理就是極為重要的一道工序之一，經(jīng)過表面硬化技術(shù)處理的金屬材料，表面具有高硬度，耐磨性和抗腐蝕能力都會得到顯著的提高，而心部仍保持一定強(qiáng)度以及較高的韌性和塑性。目前最常用到的硬化處理技術(shù)是滲碳技術(shù)、碳氮共滲與氮化技術(shù)。而表面氧化處理（發(fā)藍(lán)或發(fā)黑）則可以達(dá)到很好的抗蝕能力，得到漂亮的外觀。

2.2.1 滲碳技術(shù)

滲碳后必須淬火，表面硬度可達(dá)到HRC58～65，而心部硬度仍保持在20～45HRC之間。滲碳零件表面層含碳量最好在0.85%～1.05%范圍內(nèi)，滲碳層厚度一般0.5～2 mm隨零件具體尺寸及工作條件的不同而定，相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計工作時，就要根據(jù)要求和規(guī)定合理選擇，否則就會增加生產(chǎn)的成本。根據(jù)零件受載荷情況，本人推薦一下經(jīng)驗，承受低負(fù)荷時<0.5 mm；較大負(fù)荷時為0.5～1.0 mm；重負(fù)荷時為1.0～1.5 mm；超重負(fù)荷時>1.5 mm。

2.2.2 碳氮共滲

是向工件表面同時滲碳和滲氮的過程，也叫氰化。碳、氮共滲的目的是提高零件表面的硬度和耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。共滲層的硬度可達(dá)HV1000，耐磨性也優(yōu)于滲碳，比滲碳層的抗蝕性，耐疲勞強(qiáng)度都高，零件變形也小，生產(chǎn)周期比滲氮更短。缺點是液體氰化有劇毒。本人根據(jù)經(jīng)驗推薦，低溫共滲層深度為0.02～0.06 mm，中溫共滲層深度為0.3～0.8 mm，高溫共滲層深度為1～2 mm。

2.2.3 氮化處理技術(shù)

滲氮的目的是提高表面的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度以及抗蝕性。一般來說任何鋼材都可以進(jìn)行氮化技術(shù)的處理，但是最常用的氮化鋼是45型號。氮化技術(shù)是在氮化爐中進(jìn)行的，所以其主要的優(yōu)勢在于變形較小，在氮化之后就可以不再進(jìn)行加工。氮化的硬度要根據(jù)材料的質(zhì)量來確定，滲氮層厚度視滲氮工藝和使用性而定，一般不超過0.6～0.7 mm。其中需要注意的就是在設(shè)計的時候應(yīng)該盡可能使用整體氮化處理技術(shù)，并和調(diào)質(zhì)技術(shù)結(jié)合來使用，可以有效的提高零件的強(qiáng)度以及耐磨性。滲氮廣泛用于各種高速傳動的精密齒輪，高精密機(jī)床主軸，如鏜桿，磨床主軸；承受高變載荷，并具有很高疲勞強(qiáng)度的零件，如高速柴油機(jī)軸，要求變形小，耐磨耐蝕的零件，如發(fā)動機(jī)汽缸，閥門等。

2.2.4 氧化處理（發(fā)藍(lán)或發(fā)黑）

是為了提高零件表面的抗蝕能力，得到美麗的外觀，氧化膜主要由磁性氧化鐵組成，層厚約0.5～1.5 μm，其抗蝕性、耐磨性能比其它化學(xué)膜低，但它的表面光澤、美觀、有顏色。為了提高氧化膜的防腐能力和潤滑性能，建議可將氧化后的零件再用肥皂或重鉻酸溶液浸漬，使氧化膜松孔填充或鈍化，然后涂機(jī)油或錠子油、變壓器油等處理。

3 在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計選材時，應(yīng)當(dāng)注意以下一些事項

3.1 實用性和經(jīng)濟(jì)性

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計選材和應(yīng)用時，我們要秉著兩個原則，一個是所選材料應(yīng)該適合所設(shè)計的機(jī)械零件，另一個則是不要出現(xiàn)材料浪費，盡可能采用常用的、價格低廉的普通材料，通過熱處理技術(shù)達(dá)到使用要求，這就是我們所說的實用性和經(jīng)濟(jì)性原則，這樣可以有效的節(jié)省企業(yè)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 要注重綠色環(huán)保

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時，工作人員需要著重注意，所選材料應(yīng)該綠色、環(huán)保、杜絕污染嚴(yán)重或者可能造成污染的原材料，這對機(jī)械使用人員的人身安全以及社會穩(wěn)定，都有著極為重要的意義，同時，注重綠色環(huán)保也能有效節(jié)約國家資源，緩解資源匱乏的問題。

4 走可持續(xù)發(fā)展道路

材料的選擇和應(yīng)用也需要走可持續(xù)發(fā)展道路，這樣能夠使得雙方面都達(dá)到理想的效果，同時可以有效的整合機(jī)械的設(shè)計以及材料的使用，使得機(jī)械行業(yè)能夠持久、穩(wěn)定的發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械設(shè)計材料的選擇和處理，對于機(jī)械設(shè)計而言，有著決定性的作用。相關(guān)技術(shù)和工作人員對此不能抱著馬虎的心態(tài)，要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，從技術(shù)和環(huán)保兩個方面入手，對機(jī)械材料進(jìn)行選擇，并合理安排處理技術(shù)工藝。而我國的機(jī)械設(shè)計行業(yè)，也會在先進(jìn)技術(shù)的推動下，健康的發(fā)展下去。

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