高 鵬，韓 偉

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

在現(xiàn)階段建設(shè)現(xiàn)代工業(yè)化強(qiáng)國(guó)目標(biāo)的引領(lǐng)下，機(jī)械制造行業(yè)取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步，而其得以發(fā)展的關(guān)鍵因素便是材料的選擇與應(yīng)用。但是由于當(dāng)前環(huán)境惡化、資源枯竭，其發(fā)展受到了一定的阻礙，所以，我們要在堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、低碳、環(huán)保的前提之下，利用現(xiàn)有資源，致力于機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇與應(yīng)用領(lǐng)域，使機(jī)械制造行業(yè)得以平穩(wěn)發(fā)展。

1 在機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料選擇的基本原則

1.1 金屬材料荷載力的大小與荷載力性質(zhì)

在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中，材料荷載力大小與荷載力性質(zhì)是我們需要關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。如果材料的荷載力與可塑性良好，那么用這種材料設(shè)計(jì)出的機(jī)械設(shè)備在使用的過(guò)程中就會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，還會(huì)使機(jī)械的工作時(shí)間增長(zhǎng)，工作效率提高。因此，如果機(jī)械設(shè)計(jì)工程師在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中想要保證后期機(jī)械的使用效果、使用時(shí)長(zhǎng)與使用效率，并且不想因?yàn)椴牧虾奢d力的原因而在使用時(shí)出現(xiàn)諸如使用受到限制、使用失效、使用效率低下、使用時(shí)長(zhǎng)不符合出場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)等等不良方應(yīng)的話，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師便不得不在設(shè)計(jì)機(jī)械之前認(rèn)真地對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中需要用到的各種材料加以判斷、選擇，進(jìn)行荷載力測(cè)驗(yàn)等工作。

1.2 零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工性能

一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的零部件往往在制造的過(guò)程中采取的加工技術(shù)手段越多，這些加工手段包括板材沖壓元件、焊接、毛坯鑄造等；而論及我們要考慮的金屬材料的加工性能，便是對(duì)材料本身的各種性能加以考驗(yàn)，這些考驗(yàn)包括沖壓性能考驗(yàn)、切削性能考驗(yàn)、鑄造性能考驗(yàn)、焊接性能考驗(yàn)等在內(nèi)的諸多方面的考驗(yàn)，如若我們選擇的金屬材料無(wú)法通過(guò)這些考驗(yàn)，那么，這些材料便無(wú)法應(yīng)用于機(jī)械制造當(dāng)中。

1.3 零部件的特殊工作環(huán)境

在金屬材料的選擇過(guò)程中要對(duì)以下因素進(jìn)行考量：第一，我們?cè)谶x擇金屬材料時(shí)要對(duì)溫度因素進(jìn)行考量。我們都知道，大部分金屬的物理性質(zhì)會(huì)隨溫度的變化而變化，比如金屬都會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，金屬的導(dǎo)電性能會(huì)隨溫度變化，金屬的物理狀態(tài)會(huì)隨溫度發(fā)生變化等等。然而不同金屬的物理性質(zhì)隨溫度變化的大小幅度是不同的，比如：不同種類的金屬雖然都發(fā)生熱脹冷縮，但是體積的變化有大有小，其自身的膨脹系數(shù)也各不相同，因而我們便要根據(jù)不同溫度環(huán)境下對(duì)金屬材料理化性質(zhì)的要求來(lái)選擇不同的金屬材料。第二，我們?cè)谶x擇金屬材料時(shí)要對(duì)環(huán)境的濕度以及對(duì)金屬的腐蝕性因素進(jìn)行考量。一般要求這種金屬材料要擁有良好的耐腐蝕的性能，還要具有防銹化的性能，并且，僅僅具有這些特點(diǎn)還不夠，在高腐蝕，高濕度的環(huán)境中工作的零部件還需要具有很長(zhǎng)的使用壽命，不然的話，在這種環(huán)境中進(jìn)行零部件的更換將是一件極其困難的事情。第三，我們?cè)谶x擇金屬材料時(shí)還要對(duì)所選金屬材料的耐磨性能進(jìn)行考量。在機(jī)械作業(yè)當(dāng)中，零部件的磨損是十分常見(jiàn)的問(wèn)題，并且，至今還無(wú)法找到一種完美的方法完全避免機(jī)械作業(yè)中的磨損現(xiàn)象，因此，我們要想使零部件可以較長(zhǎng)時(shí)間的工作，便要找尋一些硬度較大、耐磨損性能較好的材料來(lái)制作零部件。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料應(yīng)用的注意事項(xiàng)

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，材料的應(yīng)用是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，而在材料應(yīng)用當(dāng)中，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師要明白機(jī)械設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品一定要滿足經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的要求，這一點(diǎn)也與材料的使用與材料的加工工藝有莫大的關(guān)系。首先，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師要在選擇加工工藝之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)，并且，機(jī)械設(shè)計(jì)者還要對(duì)市場(chǎng)有一定的了解，要十分熟悉市場(chǎng)上的各種材料的加工工藝、加工面臨的問(wèn)題及解決策略、材料的性能、材料的價(jià)格、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的可能性等等各方面的知識(shí)儲(chǔ)備要求。并能根據(jù)這些構(gòu)造出自己的機(jī)械設(shè)計(jì)藍(lán)圖。其次，我們的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在加工工藝確定的前提下進(jìn)行金屬材料的選擇工作，以求可以使生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)用性得到保證。我們都知道，金屬設(shè)備的生產(chǎn)一般都會(huì)涉及到諸如鑄造、生產(chǎn)、裝配、焊接等各式各樣的加工工藝，并且，每一種加工工藝，對(duì)所選材料的要求也不盡相同，因此，我們一旦確定所要使用的機(jī)械加工工藝之后，基本上我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中的金屬材料選擇便會(huì)受到限制，幾乎不會(huì)再有更多的可選擇性。在現(xiàn)實(shí)情況下，金屬材料中的碳素鋼與合金鋼材料具有非常好的加工性能，并且還由于這兩種材料在價(jià)格與性價(jià)比上所具有的其他類金屬材料不具有的優(yōu)點(diǎn)，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)中，它們是非常受歡迎的兩種金屬材料。但是，由于碳素鋼具有韌性不足的缺點(diǎn)，所以不能夠加工一些中等的型材，在實(shí)際操作中，我們往往會(huì)在其中加入一些適宜的成分來(lái)創(chuàng)造出有更優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性的合金鋼以求可以提高這種金屬材料的實(shí)用性能。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料應(yīng)用的環(huán)保性

我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用金屬材料時(shí)，要注意環(huán)保性能的體現(xiàn)。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上對(duì)材料選擇時(shí)要考慮以下方面：第一，我們要優(yōu)先選擇加工過(guò)程中污染小的材料。我們要始終堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的理念，即選擇的這種材料不能或者極少地出現(xiàn)加工過(guò)程中廢料多、廢氣多的情況。我們還需要在實(shí)際加工過(guò)程中選用在熱軋與冷軋狀態(tài)下可以達(dá)到提升性能與壽命的材料，以求可以規(guī)避污染大這一弊端。第二，我們還要在實(shí)際選取材料過(guò)程中注重可再生、可回收材料的選擇。這樣一來(lái)，不單單可以減少經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，還可以達(dá)到環(huán)保的目的。第三，我們?cè)诮饘俨牧蠎?yīng)用時(shí)要注重選用危害性小或者無(wú)危害性的新型材料。在選材時(shí)要盡量選擇如金屬泡沫之類的無(wú)毒害的新型材料，以減少對(duì)人體與環(huán)境的損害。

2.3 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料應(yīng)用的節(jié)能性

我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用金屬材料時(shí)還需要注意節(jié)能性能的體現(xiàn)。選材要以降低資源消耗與資源浪費(fèi)為目標(biāo)。我們?cè)趯?shí)際選擇中要注意選擇熱處理工序少的金屬材料，因?yàn)椴煌牧系睦砘再|(zhì)不一樣，所以在加工處理中所能承受的具體環(huán)節(jié)也不一樣，如果可以實(shí)現(xiàn)工序的減少，那么，便可以降低能源的消耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與節(jié)能環(huán)保的同步發(fā)展。

3 總結(jié)

金屬材料的合理選擇與妥善應(yīng)用是我們應(yīng)該關(guān)注的一個(gè)重要課題，我們則必須關(guān)注材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、環(huán)保性與節(jié)能性要求，如此，我們國(guó)家的機(jī)械工業(yè)方能真正取得巨大進(jìn)步。