机械设计中金属材料的选择和应用分析

张宇锡

摘 要：在机械设计中，金属材料作为较为常用的一种材料，因此金属材料的选择也成了机械设计中的一项重要内容。通过选择适宜的金属材料，可以为产品后续加工质量起到重要的保障作用。并且基于设计角度来做好金属材料选择，能够在实际生产加工过程中使金屬材料发挥出对产品的最大作用，进一步提高金属材料的实用性、经济性和环保性，从而为机械制造业的健康发展打下坚实的基础。文中分析了机械设计中选择金属材料的基本原则，并进一步对机械设计中金属材料的应用措施进行了具体的阐述。

关键词：机械设计;金属材料;原则;应用措施

近年来科学技术的快速发展，导致社会发展过程中对机械需求量不断增加，并对机械设备的质量提出了更高的要求。但机械设备质量好坏与材料有直接的关系，因此在机械设计过程中，需要做到科学选择和应用金属材料，以此来为机械制造业的快速发展起到积极的推动作用。

1 机械设计中选择金属材料的基本原则

1.1 荷载大小

荷载作为一种能够使物质结构和表面产生变形的外力，不同材料其具有的荷载也不同。在机械设计过程中，一旦金属材料选择不当，必然会导致其在使用过程中发生变形，从而对其使用性能带来较大的影响。因此在机械设计时材料选择时要针对材料荷载大小进行充分考虑，并进行具体的计算，确保选择最为适用的材料。而且作为原材料，对其荷载要具有高要求。为了增加材料的承载力，可以将低碳钢和中碳钢渗透到材料中，并选择具有较好质量的碳素钢和合金钢进行加工。在使用碳钢时，一些零件对于精度要求低，则可以在碳钢中混入一些合金，这样形成的合金钢无论是强度还是硬度都大于碳钢，自身也具有较好的韧性和渗透性，但冶炼工序复杂，使用成本较高。这就需要在机械设计时要合理选择，在都能够达到标准要求时，优先使用碳素钢，确保实现制造成本的节约。

1.2零件的工作环境

在机械设计过程中由于各机械零件对于所处环境要求各异，因此要根据具体的设计环境来选择金属材料。具体选择金属材料时，需要考虑温度、湿度等因素对金属材料的影响。同时金属材料使用过程中还会出现磨损，因此要选择硬度大、耐磨性好及具有较强抗腐蚀性的金属材料，这样可以在机械设备使用过程中，使环境因素对其损害降至最低，延长机械设备的使用寿命。

1.3 零件尺寸

机械设计中尺寸是较为重要的一项参数，特别是精密零件更是要求其具有较高的精准度。机械设计只是基于理论角度来计算零件尺寸，在具体加工现场一旦零件尺寸不合格，则会导致无法配镶嵌问题发生。因此在具体设计零件尺寸时，宜以实际加工来进行计算，材料选择要也要保证其相同性能，尽量选择易切割和改变大小的材料。

1.4零件结构的复杂性和加工性能

原材料会直接影响到机械零件的整体质量，不同材料具体参数也存在差别，一旦选择材料无法满足后期加工需要，必然会对零件质量带来较大的影响。即使同一种类的金属材料，其在生产不同金属零件时加工难度也存在不同，因此在机械设计过程中，需要重视金属零件结构的复杂性和加工性能。特别是加工过程中，金属材料自身需要经受住冲压、切削、铸造、焊接等的考验。

1.5 零件的经济性

经济效益是每个企业的经营目标，在机械制造业中也不例外。选择性价比较高的材料，有利于减少企业的运营成本。要对材料的价格、材料的加工难度、材料的转化率进行充分了解，保证材料的供应，有利于帮助企业减少生产成本。

2 金属材料在机械设计中的应用措施

2.1调质技术和有关设计中的应用

采用传统加工处理方式处理金属材料时，零件的重量和截面不会改变，机械设备体积和重量相对较大。采用热处理方法能够对零件的重量和截面进行改变。具体可以采用调质技术，其可以进一步增强金属材料的拉伸强度、屈服强度及可塑性，进而有利于促进零件整体性能的提高，减轻零件重量，并对零件的截面进行改变。同时金属零件切削加工质量会影响到产品加工质量、生产效率和成本，通过利用调质技术改善金属材料质量，提高其硬度，以此来改善切削加工性能。

2.2 表面硬化技术和选材

机械设计材料在后期都需要进行表面硬化等加工处理，增强零件的耐磨性与抗腐蚀性。一般来说，在实际工作中经常使用渗碳技术、氮化技术等两种表面硬化处理技术，这两种技术的处理方式与特征都存在较大的差异性，但都依靠渗碳炉完成。将金属材料放进渗碳炉，可以增加金属材料中的碳含量，再进行淬火处理，增加金属材料的硬度，最后使用低温回火技术清除应力，增强稳定性。在设计时要严格根据材料设计在零件尺寸、芯部强度等方面的具体要求，使资源能够得到有效利用。另外，氮化处理技术适用于任何钢制材料，是目前较常见的一种技术，可以提升设计的质量，增强机械材料的稳定性。在进行氮化处理时，经常使用45型号氮化处理技术，可以降低变形率，但是材料的硬度不会增加。

2.3 环保节能性

设计人员在选择材料时，要选择低耗能、低污染的材料，尽量减少后期使用需要进行热处理的材料。由于在后期需要进行预热反应的材料，稍不注意就会缩短材料的使用寿命，对环境产生影响。在机械设计中使用金属材料要重视其环保节能性，秉承可持续发展理念。同时机械在使用过程中会出现磨损、报废等情况，要优先选择可回收、可降解、无污染的材料，使机械在报废后可以再次回收利用，减少资源浪费。一些材料在机械加工制造过程中会产生有害物质，不仅会影响人体的健康，还会对环境造成危害。因此，设计人员要优先选择新型的安全材料，避免使用含有有害物质的材料。

2.4 经济实用性

在具体机械设计中应用具体金属材料时，要求金属材料要具备较高的性价比，并在金属零件中能够发挥出自身的功能。因此以低成本及实用性的优质材料为宜。而且为了能够进一步保证机械设备的质量，在实际机械设计过程中，设计人员还要提升自身对金属材料选择的经济性、实用性的认识，以此来保证机械零件的顺利加工，为机械设备的高效、稳定生产打下坚实的基础。设计人员在具体应用金属材料时，要充分考虑使用者的具体需要，使其能够满足用户的不同需求。在机械生产过程中，要严格按照相关标准进行生产，保证材料可以高效使用，减少成本。

3结束语

在国民经济发展过程中，机械行业发挥着极为重要的作用。机械设计是促进工业化技术提升的重要途径，在机械设计中选择和应用金属材料时，则需要遵循具体的原则，以绿色发展和低成本运行作为具体的宗旨，充分的考虑到金属材的经济性、实用性、节能性和环保性，以此来促进我国机械行业的健康、可持续发展。

参考文献

[1]黄建明，陈俐.浅析有色金属材料在机械设计中的选择与应用[J].世界有色金属，2019（14）：21+23.

[2]方伟涛.试论机械设计中金属材料的选择及应用[J].内燃机与配件，2020（06）：224-225.

[3]齐天峰，王谢涛，王宇航.基于金属材料的热处理对机械设计的影响[J].科技经济导刊，2018（32）：73.