【摘 要】材料的選擇與應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，能為機(jī)械行業(yè)的后期生產(chǎn)指明方向。本文立足于機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料，通過分析和探討機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇與應(yīng)用的重大意義、材料的選擇原則、材料的應(yīng)用原則，認(rèn)為搞好機(jī)械材料選擇及其應(yīng)用工作對(duì)于實(shí)現(xiàn)社會(huì)的節(jié)能減排，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)整個(gè)機(jī)械行業(yè)快速發(fā)展有著重要作用。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì) 材料 選擇 應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)械行業(yè)在整個(gè)國民生產(chǎn)中所占的份額也越來越大。在新的背景下，人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選取和應(yīng)用也提出了更高的要求。因此，為了推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須在保證機(jī)械材料滿足施工要求的基礎(chǔ)上，不斷提高機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇材料的標(biāo)準(zhǔn)，使得各個(gè)材料零件協(xié)調(diào)配合，得到最好的應(yīng)用。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇和應(yīng)用的重大意義

當(dāng)前，部分機(jī)械設(shè)計(jì)所需的重要材料變得稀少。而應(yīng)用材料的需求卻在不斷擴(kuò)大。在這樣的背景下，機(jī)械材料的市場競爭將變得越來越激烈，機(jī)械設(shè)計(jì)的選材以及企業(yè)后期的生產(chǎn)空間也將被進(jìn)一步壓縮。因此，如何把握市場方向，了解自身優(yōu)勢，在確保機(jī)械設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，樹立良好的經(jīng)濟(jì)意識(shí)，更好地體現(xiàn)材料選擇和應(yīng)用的適用性原則，不斷提高企業(yè)競爭力，在競爭中搶占先機(jī)、贏得資源成了企業(yè)急需深入研究的重要課題。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇原則

（一）材料載荷類型的選擇。在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，材料的外載荷水平直接影響零部件的性能，某些材料的外載荷水平不足甚至?xí)?dǎo)致零部件失效。因此，設(shè)計(jì)人員可以以材料的載荷水平和應(yīng)力大小作為選材標(biāo)準(zhǔn)。[1]對(duì)于外載荷，可以分兩個(gè)方面進(jìn)行討論：當(dāng)零部件在外力作用下發(fā)生形變時(shí)其內(nèi)部將產(chǎn)生大小相等但方向相反的反作用力，我們將這些力的集合稱為應(yīng)力，而應(yīng)力聚于材料的表面。換而言之，材料表面的總體性能直接影響著零部件的承載力以及工作效果。因此，設(shè)計(jì)人員如果需要得到承受相當(dāng)載荷的材料，可以選擇低碳鋼滲碳或中碳鋼調(diào)質(zhì)等方法對(duì)其進(jìn)行加工；對(duì)于部分單純承受壓縮或拉伸作用的材料，由于外載荷作用到零部件的橫截面，使得應(yīng)力分布勻稱，所以在選材時(shí)，應(yīng)優(yōu)選性能分布均勻的材料，以保證在加工時(shí)材料能得到有效的操作。

（二）合理選擇碳素鋼和合金鋼。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，碳素鋼（含碳量小于2%，除了鐵、碳外，含有少量錳、磷等元素的鋼）是使用最早、應(yīng)用最廣的基本材料，其產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量約80%。它的性能與含碳量密切相關(guān)，如當(dāng)碳量減少時(shí)，鋼的強(qiáng)度、硬度便會(huì)下降，而塑性、韌性以及可焊性將會(huì)提高。因其成本低廉、性能范圍寬、加工工藝性能好等原因而深受機(jī)械制造企業(yè)青睞。但由于它的韌性、強(qiáng)度以及淬透性較差，在冶煉和鍛造加工過程中，容易出現(xiàn)結(jié)疤、裂紋等問題。[2]它通常用于制造強(qiáng)度要求不高的機(jī)器零件和金屬構(gòu)件。為了提高碳素鋼的性能，人們又在碳索鋼的基礎(chǔ)上融入了一些合金元素，得到合金鋼。與碳素鋼相比，合金鋼不僅擁有較好的淬透性、韌性、強(qiáng)度，還具備如耐蝕性、磁性能等特殊性質(zhì)，可以滿足很多特殊生產(chǎn)需要。但合金鋼也存在缺點(diǎn)，如合金元素加入后，鋼的冶煉以及加工工藝性能變差，成本上升等。因而，只有在制造大截面，形狀復(fù)雜的零件時(shí)，才考慮使用合金鋼。當(dāng)碳素鋼能滿足使用需要時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇碳素鋼。

（三）選擇質(zhì)量過硬、無危害、可回收的材料。為了發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須在選擇材料時(shí)體現(xiàn)出節(jié)能性與環(huán)保性。一般來說， 提高機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命就是在減少材料的消耗和環(huán)境的污染。因此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要本著綠色設(shè)計(jì)原則，即要綜合考慮材料的能耗、材料與環(huán)境的兼容性等因素。嚴(yán)格把關(guān)材料的質(zhì)量，從降低環(huán)境負(fù)荷的角度出發(fā)，充分了解不同種機(jī)械產(chǎn)品同類零件間的通用性。盡量選擇易解體、可回收，對(duì)環(huán)境沒有危害的材料，確保機(jī)械材料能得以循環(huán)利用。此外，在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)者還要考慮到零件的報(bào)廢處理，包括廢品的處理工藝、回收零件的分類等，盡量減少處理成本和資源的浪費(fèi)。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用原則

材料的應(yīng)用是材料選擇的延伸，對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。因此，在做好選材工作的同時(shí)，還要體現(xiàn)材料應(yīng)用的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

（一）材料的應(yīng)用需體現(xiàn)實(shí)用性。在材料設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須考慮材料應(yīng)用的實(shí)用性。材料的應(yīng)用要以零部件的加工工藝為準(zhǔn)。對(duì)于機(jī)械材料的加工，有很多種加工技術(shù)可供選擇，如車工工藝、鍛造工藝以及熱處理工藝等，不同的加工工藝對(duì)材料的應(yīng)用要求是不同的。車工工藝是以車床進(jìn)行加工的工序方法，它可用于加工各種回轉(zhuǎn)成型面，如：內(nèi)外圓柱面。因此，它需要材料的應(yīng)用具備車床作業(yè)的可操作特征；鍛造工藝是通過對(duì)機(jī)械材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得機(jī)械性能和具體形狀的，它需要材料的應(yīng)用具備一定的承載力；而熱處理工藝是在不改變機(jī)械材料形狀的情況下，通過改變其內(nèi)部顯微組織，給予其使用性能的，因此，它需要材料的應(yīng)用具備淬透性。[3]

（二）材料的應(yīng)用需體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。在保證各個(gè)零部件的材料都能滿足各種加工工藝要求的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)機(jī)械材料的加工成本實(shí)施有效的控制，以體現(xiàn)材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。以日本的汽車制造為例，從一個(gè)小小的零件到整個(gè)車身，日本汽車的整個(gè)設(shè)計(jì)過程都十分重視機(jī)械材料的加工成本，為了降低成本，日本的汽車企業(yè)不斷更新設(shè)計(jì)理念和制造技術(shù)。最終以低成本的價(jià)格，高性能的汽車迅速占領(lǐng)國際市場。由此可見控制機(jī)械材料的加工成本對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著深遠(yuǎn)影響。

四、結(jié)語

總之，材料的優(yōu)選和科學(xué)應(yīng)用對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)來說非常重要。我們只有充分認(rèn)識(shí)到材料優(yōu)選的重要性，選擇滿足生產(chǎn)需要的材料，制定科學(xué)合理的材料應(yīng)用方案，才能不斷提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，促使機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)長效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃夢奇，王婧淺.談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2012，06

[2]楊忠敏.談軸承鋼及其冶金質(zhì)量檢驗(yàn)[J].金屬世界，2011，01

[3]梁鳳堯.熱處理工藝在金屬零件加工中的作用[J].輕工科技， 2012，05

作者簡介：龔煌輝（1975-），男，漢族，湖南婁底市人， 湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)， 職稱：講師 ，主要從機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械材料方面的研究。