金属材料在机械设计中的选择与应用分析

高 鹏，韩 伟

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

在现阶段建设现代工业化强国目标的引领下，机械制造行业取得了巨大的发展与进步，而其得以发展的关键因素便是材料的选择与应用。但是由于当前环境恶化、资源枯竭，其发展受到了一定的阻碍，所以，我们要在坚持经济、低碳、环保的前提之下，利用现有资源，致力于机械设计的材料选择与应用领域，使机械制造行业得以平稳发展。

1 在机械设计中金属材料选择的基本原则

1.1 金属材料荷载力的大小与荷载力性质

在机械设计行业中，材料荷载力大小与荷载力性质是我们需要关注的关键点。如果材料的荷载力与可塑性良好，那么用这种材料设计出的机械设备在使用的过程中就会表现出优良的性能，还会使机械的工作时间增长，工作效率提高。因此，如果机械设计工程师在机械设计过程中想要保证后期机械的使用效果、使用时长与使用效率，并且不想因为材料荷载力的原因而在使用时出现诸如使用受到限制、使用失效、使用效率低下、使用时长不符合出场标准等等不良方应的话，机械设计工程师便不得不在设计机械之前认真地对机械设计制造中需要用到的各种材料加以判断、选择，进行荷载力测验等工作。

1.2 零件结构的复杂程度及材料的加工性能

一般来说，结构越复杂的零部件往往在制造的过程中采取的加工技术手段越多，这些加工手段包括板材冲压元件、焊接、毛坯铸造等；而论及我们要考虑的金属材料的加工性能，便是对材料本身的各种性能加以考验，这些考验包括冲压性能考验、切削性能考验、铸造性能考验、焊接性能考验等在内的诸多方面的考验，如若我们选择的金属材料无法通过这些考验，那么，这些材料便无法应用于机械制造当中。

1.3 零部件的特殊工作环境

在金属材料的选择过程中要对以下因素进行考量：第一，我们在选择金属材料时要对温度因素进行考量。我们都知道，大部分金属的物理性质会随温度的变化而变化，比如金属都会发生热胀冷缩，金属的导电性能会随温度变化，金属的物理状态会随温度发生变化等等。然而不同金属的物理性质随温度变化的大小幅度是不同的，比如：不同种类的金属虽然都发生热胀冷缩，但是体积的变化有大有小，其自身的膨胀系数也各不相同，因而我们便要根据不同温度环境下对金属材料理化性质的要求来选择不同的金属材料。第二，我们在选择金属材料时要对环境的湿度以及对金属的腐蚀性因素进行考量。一般要求这种金属材料要拥有良好的耐腐蚀的性能，还要具有防锈化的性能，并且，仅仅具有这些特点还不够，在高腐蚀，高湿度的环境中工作的零部件还需要具有很长的使用寿命，不然的话，在这种环境中进行零部件的更换将是一件极其困难的事情。第三，我们在选择金属材料时还要对所选金属材料的耐磨性能进行考量。在机械作业当中，零部件的磨损是十分常见的问题，并且，至今还无法找到一种完美的方法完全避免机械作业中的磨损现象，因此，我们要想使零部件可以较长时间的工作，便要找寻一些硬度较大、耐磨损性能较好的材料来制作零部件。

2 机械设计中金属材料应用的注意事项

2.1 机械设计中金属材料应用的经济实用性

在机械设计制造过程中，材料的应用是一项重要的内容，而在材料应用当中，机械设计工程师要明白机械设计的最终产品一定要满足经济实用性的要求，这一点也与材料的使用与材料的加工工艺有莫大的关系。首先，机械设计工程师要在选择加工工艺之前对设计进行综合性的评价，并且，机械设计者还要对市场有一定的了解，要十分熟悉市场上的各种材料的加工工艺、加工面临的问题及解决策略、材料的性能、材料的价格、设计实现的可能性等等各方面的知识储备要求。并能根据这些构造出自己的机械设计蓝图。其次，我们的设计人员应该在加工工艺确定的前提下进行金属材料的选择工作，以求可以使生产设备的实用性得到保证。我们都知道，金属设备的生产一般都会涉及到诸如铸造、生产、装配、焊接等各式各样的加工工艺，并且，每一种加工工艺，对所选材料的要求也不尽相同，因此，我们一旦确定所要使用的机械加工工艺之后，基本上我们在机械设计中的金属材料选择便会受到限制，几乎不会再有更多的可选择性。在现实情况下，金属材料中的碳素钢与合金钢材料具有非常好的加工性能，并且还由于这两种材料在价格与性价比上所具有的其他类金属材料不具有的优点，所以在机械设计中，它们是非常受欢迎的两种金属材料。但是，由于碳素钢具有韧性不足的缺点，所以不能够加工一些中等的型材，在实际操作中，我们往往会在其中加入一些适宜的成分来创造出有更优良的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性的合金钢以求可以提高这种金属材料的实用性能。

2.2 机械设计中金属材料应用的环保性

我们在机械设计中应用金属材料时，要注意环保性能的体现。我们在此基础上对材料选择时要考虑以下方面：第一，我们要优先选择加工过程中污染小的材料。我们要始终坚持可持续发展的理念，即选择的这种材料不能或者极少地出现加工过程中废料多、废气多的情况。我们还需要在实际加工过程中选用在热轧与冷轧状态下可以达到提升性能与寿命的材料，以求可以规避污染大这一弊端。第二，我们还要在实际选取材料过程中注重可再生、可回收材料的选择。这样一来，不单单可以减少经济开支，还可以达到环保的目的。第三，我们在金属材料应用时要注重选用危害性小或者无危害性的新型材料。在选材时要尽量选择如金属泡沫之类的无毒害的新型材料，以减少对人体与环境的损害。

2.3 机械设计中金属材料应用的节能性

我们在机械设计中应用金属材料时还需要注意节能性能的体现。选材要以降低资源消耗与资源浪费为目标。我们在实际选择中要注意选择热处理工序少的金属材料，因为不同材料的理化性质不一样，所以在加工处理中所能承受的具体环节也不一样，如果可以实现工序的减少，那么，便可以降低能源的消耗，实现经济效益与节能环保的同步发展。

3 总结

金属材料的合理选择与妥善应用是我们应该关注的一个重要课题，我们则必须关注材料应用的经济实用性、环保性与节能性要求，如此，我们国家的机械工业方能真正取得巨大进步。