机械设计中金属材料的选择及应用

刘明峰 曹连富 杨德党

摘 要：金属材料的选择和应用，与机械行业的发展息息相关。只有在金属材料的选择上，做到坚持质量、性质和价格的三大原则，同时进一步加强对金属材料的应用，才能滿足生产需求，更好地促进机械行业的发展。

关键词：机械设计;金属材料;选择;应用

科技的发展带动了经济的进步，主要是由于科学技术对于各个行业的渗透应用所创造的经济价值。近年来我国一直倡导建设现代化工业强国，在这种背景下，机械设计制造行业的发展就显得尤为重要了，机械设计行业发展的关键在于材料的选择与运用，而在环境日益恶化，资源日益枯竭的今天，这些都成为阻碍其发展的重要因素，因此，应该在坚持经济、低碳、环保的前提下，充分利用已有的资源，做好机械设计的材料选择与应用，确保机械行业的可持续性发展。

1 机械设计中金属材料的选择原则

1.1 材料的成分和质量

首先，金属材料应该成分安全，并且不污染和危害环境。环保是时代的主题，不可违背。如果我们生存的环境都遭到破坏，那么使用材料还有什么意义呢？如果我们周围的安全都受到威胁，那么使用材料还有什么价值呢？在机械设计中要严格选取不含有镍、铬等重金属元素的材料，因为这些材料容易在生物体内积累，对人体危害极大，使用加工过程中还污染环境，形成恶性循环。确保成分安全后，要注意材料的质量。机械本身具有精细化的特点，在对机械零部件进行加工制作时，由于材料的质量有问题，造成整个设备瘫痪的现象时有发生，给企业带来了严重的损失，所以一定要对质量严加监管，确保安全。

1.2金属材料的经济性和时效性

成本的控制是企业运行的一大课题，机械设计中选择金属材料的时候必须考虑到经济性的原则，不过前提就是要确保材料的机械性能，供应量大、低成本的加工工艺、价格相对低的金属材料是首选。金属材料的寿命决定机械设计的时效性，机械零件的使用过程中会随着时间推进出现零件损坏的情况，金属材料的时效性可以通过实验来选择较为合适的。

1.3材料的性质和结构

对于材料的选取，要注意金属材料的性质，在不同的环境要选取不同性质的材料，注意温度、湿度、酸碱度的影响。对于经常发生磨损的零件，要选择硬度大、耐磨性好的材料，对于负荷量大的部件，要优选荷载量高的材料。由于后期要对零件进行加工，这就需要充分考虑材料的结构，针对铸造性能、切削性能、焊接性能、冲压性能和热处理性能等方面，挑选加工性能好的金属材料。因为机械设计中，往往需要将金属混合为合金，这就加大了金属的回收难度。一旦机械不能使用，就造成了金属材料的浪费，所以选择材料时要多多选取单合金的材料，有助于金属材料的循环使用。

1.4零件的工作环境

零件所处的工作环境是机械设计中选择金属材料的一个主要原因，不同的金属材料对于工作环境的要求不同，比如铝具有耐腐蚀性特点，因此是在湿热工作环境中的零件材料首选，再如铁具有良好的延展性、导电性、导热等特点，因此被广泛的应用于工业领域，不同金属的金属特性决定了其可承受的工作环境，因此，在材料的选择上，我们要以零件工作环境为出发点，进行合理的选择，发挥金属材料自身的特性[1]。

2.机械设计中对金属材料的应用研究

金属材料的选择再机械设计之中是需要考虑到其经济性与环保性的。经济性原则一直是企业需要考虑的问题，在考虑经济学的问题基础之上要明白其是否符合适用性的原则。就是在机械设备满足加工中的经济原则之后，需要发挥到金属材料自身的性能。在金属材料应用自重，碳素钢和合金钢是应用较为广泛的金属材料，这是良好的高性价比的加工材料，不足之处就是强度不高以及韧性低，所以需要往碳素钢之中加入适量的合金成为合金钢。合理的制造工艺的保障才能够考虑金属材料的经济性能，不止是金属材料的价格，还有利用的程度、加工的费用等经济性问题需要考虑，最后再选择合适的金属材料。环保和节能往往都是互相包括的，再机械加工制造过程之中产生的废物有多大的危害，取决于金属材料是否具备少污染或者低能耗的特性，否则环保的概念就无法保证;然后需要保证金属材料使用的种类，以可回收、再生或者易降解材料为首要的选择;最后可以考虑新型的金属材料，达到安全、环保、节能为目的的金属材料为最佳选择。

最后，我们以铜金属的材料应用研究来阐述说明。选择铜金属材料一定要保证对铜加工过程中污染小的原则，这样才能够保证环保性原则;以低能耗的铜金属材料为最佳选择。

为了避免铜金属材料在加工过程中对环境的污染，应该会尽可能选择简单工艺的铜金属材料来处理，首先会选择替代那种对人体有副作用或者环境有影响的金属材料，就是筛选到对人体没有危害的铜金属材料;另外，也会对新型铜合金材料进行替代传统材料的考虑。利用铜金属泡沫来充当填充材料，主要应用在大强度、轻质量的空心夹层板上面。利用铜的加固物件来对骨架架构进行填充，不仅能够吸收外界的冲击力，还能够对骨架弯曲情况的避免，能够起到保护支撑体和表面的作用。铜金属材料具备优良的导热性能，可以对热量进行有效的传递，普遍应用在高效率的热交换器当中。同理，铜金属泡沫因为不能够被燃烧而作为良好的防火材料。以回收再利用的概率来看铜金属材料的话，其对人体或者环境的影响都不是很大，很适合用在机械设计的金属材料选择之中。

结束语

随着我国机械化进程的不断加快，金属材料也在其中扮演着越来越重要的角色，基于此情，实现机械设计制造中金属材料的合理选择与应用将对促进我国机械化发展具有深远意义，因此，必须遵循经济适用、节能环保原则，坚持走机械化行业可持续发展道路。

参考文献：

[1] 郭兴明，张磊，董书臣.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].南方农机，2017，48（05）：120，122.

[2] 夏冰.机械设计中的材料选用分析[J].南方农机，2018，49（01）：95-96.

[3]李春艳.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].中国金属通报，2016（10）：48-49.

作者简介：

刘明峰 汉族 籍贯辽宁省抚顺市顺城区 1999.06.21 金属材料工程

（辽宁科技学院 辽宁 本溪  117004）