機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的選擇及應(yīng)用

劉明峰 曹連富 楊德黨

摘 要：金屬材料的選擇和應(yīng)用，與機(jī)械行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。只有在金屬材料的選擇上，做到堅(jiān)持質(zhì)量、性質(zhì)和價(jià)格的三大原則，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)金屬材料的應(yīng)用，才能滿足生產(chǎn)需求，更好地促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);金屬材料;選擇;應(yīng)用

科技的發(fā)展帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，主要是由于科學(xué)技術(shù)對(duì)于各個(gè)行業(yè)的滲透應(yīng)用所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來我國一直倡導(dǎo)建設(shè)現(xiàn)代化工業(yè)強(qiáng)國，在這種背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的發(fā)展就顯得尤為重要了，機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于材料的選擇與運(yùn)用，而在環(huán)境日益惡化，資源日益枯竭的今天，這些都成為阻礙其發(fā)展的重要因素，因此，應(yīng)該在堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、低碳、環(huán)保的前提下，充分利用已有的資源，做好機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇與應(yīng)用，確保機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的選擇原則

1.1 材料的成分和質(zhì)量

首先，金屬材料應(yīng)該成分安全，并且不污染和危害環(huán)境。環(huán)保是時(shí)代的主題，不可違背。如果我們生存的環(huán)境都遭到破壞，那么使用材料還有什么意義呢？如果我們周圍的安全都受到威脅，那么使用材料還有什么價(jià)值呢？在機(jī)械設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格選取不含有鎳、鉻等重金屬元素的材料，因?yàn)檫@些材料容易在生物體內(nèi)積累，對(duì)人體危害極大，使用加工過程中還污染環(huán)境，形成惡性循環(huán)。確保成分安全后，要注意材料的質(zhì)量。機(jī)械本身具有精細(xì)化的特點(diǎn)，在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行加工制作時(shí)，由于材料的質(zhì)量有問題，造成整個(gè)設(shè)備癱瘓的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)帶來了嚴(yán)重的損失，所以一定要對(duì)質(zhì)量嚴(yán)加監(jiān)管，確保安全。

1.2金屬材料的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性

成本的控制是企業(yè)運(yùn)行的一大課題，機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇金屬材料的時(shí)候必須考慮到經(jīng)濟(jì)性的原則，不過前提就是要確保材料的機(jī)械性能，供應(yīng)量大、低成本的加工工藝、價(jià)格相對(duì)低的金屬材料是首選。金屬材料的壽命決定機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)效性，機(jī)械零件的使用過程中會(huì)隨著時(shí)間推進(jìn)出現(xiàn)零件損壞的情況，金屬材料的時(shí)效性可以通過實(shí)驗(yàn)來選擇較為合適的。

1.3材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)

對(duì)于材料的選取，要注意金屬材料的性質(zhì)，在不同的環(huán)境要選取不同性質(zhì)的材料，注意溫度、濕度、酸堿度的影響。對(duì)于經(jīng)常發(fā)生磨損的零件，要選擇硬度大、耐磨性好的材料，對(duì)于負(fù)荷量大的部件，要優(yōu)選荷載量高的材料。由于后期要對(duì)零件進(jìn)行加工，這就需要充分考慮材料的結(jié)構(gòu)，針對(duì)鑄造性能、切削性能、焊接性能、沖壓性能和熱處理性能等方面，挑選加工性能好的金屬材料。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)中，往往需要將金屬混合為合金，這就加大了金屬的回收難度。一旦機(jī)械不能使用，就造成了金屬材料的浪費(fèi)，所以選擇材料時(shí)要多多選取單合金的材料，有助于金屬材料的循環(huán)使用。

1.4零件的工作環(huán)境

零件所處的工作環(huán)境是機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇金屬材料的一個(gè)主要原因，不同的金屬材料對(duì)于工作環(huán)境的要求不同，比如鋁具有耐腐蝕性特點(diǎn)，因此是在濕熱工作環(huán)境中的零件材料首選，再如鐵具有良好的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱等特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，不同金屬的金屬特性決定了其可承受的工作環(huán)境，因此，在材料的選擇上，我們要以零件工作環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行合理的選擇，發(fā)揮金屬材料自身的特性[1]。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)金屬材料的應(yīng)用研究

金屬材料的選擇再機(jī)械設(shè)計(jì)之中是需要考慮到其經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的。經(jīng)濟(jì)性原則一直是企業(yè)需要考慮的問題，在考慮經(jīng)濟(jì)學(xué)的問題基礎(chǔ)之上要明白其是否符合適用性的原則。就是在機(jī)械設(shè)備滿足加工中的經(jīng)濟(jì)原則之后，需要發(fā)揮到金屬材料自身的性能。在金屬材料應(yīng)用自重，碳素鋼和合金鋼是應(yīng)用較為廣泛的金屬材料，這是良好的高性價(jià)比的加工材料，不足之處就是強(qiáng)度不高以及韌性低，所以需要往碳素鋼之中加入適量的合金成為合金鋼。合理的制造工藝的保障才能夠考慮金屬材料的經(jīng)濟(jì)性能，不止是金屬材料的價(jià)格，還有利用的程度、加工的費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性問題需要考慮，最后再選擇合適的金屬材料。環(huán)保和節(jié)能往往都是互相包括的，再機(jī)械加工制造過程之中產(chǎn)生的廢物有多大的危害，取決于金屬材料是否具備少污染或者低能耗的特性，否則環(huán)保的概念就無法保證;然后需要保證金屬材料使用的種類，以可回收、再生或者易降解材料為首要的選擇;最后可以考慮新型的金屬材料，達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能為目的的金屬材料為最佳選擇。

最后，我們以銅金屬的材料應(yīng)用研究來闡述說明。選擇銅金屬材料一定要保證對(duì)銅加工過程中污染小的原則，這樣才能夠保證環(huán)保性原則;以低能耗的銅金屬材料為最佳選擇。

為了避免銅金屬材料在加工過程中對(duì)環(huán)境的污染，應(yīng)該會(huì)盡可能選擇簡(jiǎn)單工藝的銅金屬材料來處理，首先會(huì)選擇替代那種對(duì)人體有副作用或者環(huán)境有影響的金屬材料，就是篩選到對(duì)人體沒有危害的銅金屬材料;另外，也會(huì)對(duì)新型銅合金材料進(jìn)行替代傳統(tǒng)材料的考慮。利用銅金屬泡沫來充當(dāng)填充材料，主要應(yīng)用在大強(qiáng)度、輕質(zhì)量的空心夾層板上面。利用銅的加固物件來對(duì)骨架架構(gòu)進(jìn)行填充，不僅能夠吸收外界的沖擊力，還能夠?qū)羌軓澢闆r的避免，能夠起到保護(hù)支撐體和表面的作用。銅金屬材料具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可以對(duì)熱量進(jìn)行有效的傳遞，普遍應(yīng)用在高效率的熱交換器當(dāng)中。同理，銅金屬泡沫因?yàn)椴荒軌虮蝗紵鳛榱己玫姆阑鸩牧?。以回收再利用的概率來看銅金屬材料的話，其對(duì)人體或者環(huán)境的影響都不是很大，很適合用在機(jī)械設(shè)計(jì)的金屬材料選擇之中。

結(jié)束語

隨著我國機(jī)械化進(jìn)程的不斷加快，金屬材料也在其中扮演著越來越重要的角色，基于此情，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中金屬材料的合理選擇與應(yīng)用將對(duì)促進(jìn)我國機(jī)械化發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，因此，必須遵循經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能環(huán)保原則，堅(jiān)持走機(jī)械化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路。

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作者簡(jiǎn)介：

劉明峰 漢族 籍貫遼寧省撫順市順城區(qū) 1999.06.21 金屬材料工程

（遼寧科技學(xué)院 遼寧 本溪 ?117004）