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摘 要：随着社会经济的快速发展，机械行业的地位也日益突出，社会对机械设计提出更高的要求。科学与技术的不断进步为机械设计提供了新手段，材料及其选择是机械产品设计的重要组成部分。在新形势下对金属材料的选择与应用，考虑要更加全面，不仅要保证所选材料对设计要求的满足，还要注意材料的适用性、经济性、环保性及节能性，坚决贯彻可持续发展观念。
关键词：机械设计；金属材料；选择；应用
随着现代工业体系化的不断完善，机械设计工作中所需材料的日益增长与各种原材料稀缺之间的矛盾日益突出与激化。与此同时，在经济社会不断发展的过程中，各行业领域对原材料的需求还要与机械设计中原材料的需求力争发展空间和原料资源，这使得机械设计中材料的选择与应用被进一步压缩。因此，在机械设计中充分利用有限资源做好机械设计中材料的选择和应用，促使机械行业的可持续发展具有重要的意义。
1 机械设计中金属材料选择的基本原则
（1）载荷的大小和性质：充分考虑材料的脆性与塑性性能，在静载荷下工作的零件原则上采用脆性材料，而在冲击的情况下，主要选用具有塑性的材料。
（2）零件的工作环境：若零件所处湿热环境或与腐蚀性介质相接触，则应该选择有良好防锈和耐腐蚀的材料。除此之外，工作温度对材料也有一定影响，一方面要考虑相配合的两零件材料的线膨胀系数相差不宜过大且防止在温度变化过程中产生过大的热应力；另一方面要考虑温度变化对材料力学性能的影响。
（3）零件的尺寸及质量：材料的品种及毛坯制取方法也受到零件尺寸和质量大小的影响。若用铸造材料制作毛坯，一般不受尺寸及质量大小的限制；若用锻造材料制造毛坯时，则需充分考虑锻压机械及设备的生产能力。
（4）零件结构的复杂程度及材料的加工性能：对于结构复杂的零件可采用铸造毛坯或用板材冲压出元件后再经焊接而成，而结构简单的零件可用锻造制取毛坯。材料的加工性能主要考虑材料的铸造性能、切削性能、焊接性能、冲压性能和热处理性能等。
（5）材料的经济性：选取材料时应考虑材料本身的相对价格、材料的加工费用和材料的利用率并适当采用组合结构，同时还要考虑当地材料的供应状况。
2 机械设计中金属材料应用的适用性与经济性
机械设计中优选碳素钢以及合金钢材料，碳素钢具备良好的加工性能，性价比较高，因此应用较多，但碳素钢强度较低、韧性不足，并且有些中等型材部件不能经淬透加工生产。若想该材料结构强度和韧性水平有所提高，可以在碳素钢材料中添加适宜成分的合金元素，使其变成合金钢，同时也改善了材料的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温特性。
材料应用工作中，同时也要采取合理的制造工艺，不同的机械设计与加工生产均对材料的应用处理具有不同的标准要求。具有良好流动性、收缩性和吸气性特点的材料适合铸造生产工艺；具有良好冲压性及冷镦性的材料适于焊接生产；对于材料符合淬透性标准及热敏感、氧化脱碳等相关性能要求的可以应用于热处理加工工艺中；切削加工需要所选材料符合切削作业具有的可操作性。
满足适用性的同时还要考虑材料应用的经济性，尽量选用价格便宜、容易得到及各项成本较低的材料。
3 机械设计中材料应用的环保性与节能性
（1）选择加工过程中污染少，能耗低的材料：①材料经热处理工艺加工后，能提高性能和使用寿命，但此工艺对环境污染大，耗能多，因此尽量避免采用热处理的材料，而尽可能选择在热轧、冷轧状态下就可以达到所需性能要求的材料；②选择热处理工序少的材料，从而降低对环境的污染，减少能源消耗。
（2）减少产品上所用材料的种类，优先选择可再生，可回收材料、充分考虑环境兼容性和易降解的材料：在保证零件性能的基础上，应减少产品中材料的种类，材料种类过多，不利于废弃后回收利用，从而造成材料的浪费，并且尽量不要采用如橡胶与金属混合或粘合的设计。
（3）优先选用新型安全材料来替代对人有毒副作用或对环境有害的材料：在满足机械设计要求的前提下，合理采用新型材料代替原材料。如采用金属泡沫，可以用于重量轻、坚硬的夹层板的芯板；在壳体结构里用作加固物抑制壳体弯曲；机动车辆和火车里外冲击能量的吸收；用作效率高的热交换器冷却高功率的机械电子设备。而且金属泡沫不能燃烧，能够再循环利用，对环境和人体都是无毒无害的材料。
4 结束语
机械设计行业对于促进经济发展和工业现代化进程都有十分重要的意义，材料的合理选择是一种以机械设计为目的的选择性手段，是整个机械设计环节中的重点，对产品的质量和机械行业的进步起重大作用。因此，机械设计中材料的选择和应用不仅要保证选择的材料满足设计加工的需求，还要注意材料应用的适用性、经济性、环境性和节能性。坚持走可持续发展的道路，能为机械设计行业的稳步发展奠定坚实良好的基础。
参考文献：
[1]付广艳.工程材料[M].北京：中国石油出版社，2007
[2]鄢利群，高路.机械设计基础[M].北京：化学工业出版社，2011
[3]崔忠圻，刘北兴.金属学与热处理原理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007
[4]邓文英，宋力宏.金屬工艺学（上、下册）[M].北京：高等教育出版社，2008
关键词：机械设计；金属材料；选择；应用
随着现代工业体系化的不断完善，机械设计工作中所需材料的日益增长与各种原材料稀缺之间的矛盾日益突出与激化。与此同时，在经济社会不断发展的过程中，各行业领域对原材料的需求还要与机械设计中原材料的需求力争发展空间和原料资源，这使得机械设计中材料的选择与应用被进一步压缩。因此，在机械设计中充分利用有限资源做好机械设计中材料的选择和应用，促使机械行业的可持续发展具有重要的意义。
1 机械设计中金属材料选择的基本原则
（1）载荷的大小和性质：充分考虑材料的脆性与塑性性能，在静载荷下工作的零件原则上采用脆性材料，而在冲击的情况下，主要选用具有塑性的材料。
（2）零件的工作环境：若零件所处湿热环境或与腐蚀性介质相接触，则应该选择有良好防锈和耐腐蚀的材料。除此之外，工作温度对材料也有一定影响，一方面要考虑相配合的两零件材料的线膨胀系数相差不宜过大且防止在温度变化过程中产生过大的热应力；另一方面要考虑温度变化对材料力学性能的影响。
（3）零件的尺寸及质量：材料的品种及毛坯制取方法也受到零件尺寸和质量大小的影响。若用铸造材料制作毛坯，一般不受尺寸及质量大小的限制；若用锻造材料制造毛坯时，则需充分考虑锻压机械及设备的生产能力。
（4）零件结构的复杂程度及材料的加工性能：对于结构复杂的零件可采用铸造毛坯或用板材冲压出元件后再经焊接而成，而结构简单的零件可用锻造制取毛坯。材料的加工性能主要考虑材料的铸造性能、切削性能、焊接性能、冲压性能和热处理性能等。
（5）材料的经济性：选取材料时应考虑材料本身的相对价格、材料的加工费用和材料的利用率并适当采用组合结构，同时还要考虑当地材料的供应状况。
2 机械设计中金属材料应用的适用性与经济性
机械设计中优选碳素钢以及合金钢材料，碳素钢具备良好的加工性能，性价比较高，因此应用较多，但碳素钢强度较低、韧性不足，并且有些中等型材部件不能经淬透加工生产。若想该材料结构强度和韧性水平有所提高，可以在碳素钢材料中添加适宜成分的合金元素，使其变成合金钢，同时也改善了材料的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温特性。
材料应用工作中，同时也要采取合理的制造工艺，不同的机械设计与加工生产均对材料的应用处理具有不同的标准要求。具有良好流动性、收缩性和吸气性特点的材料适合铸造生产工艺；具有良好冲压性及冷镦性的材料适于焊接生产；对于材料符合淬透性标准及热敏感、氧化脱碳等相关性能要求的可以应用于热处理加工工艺中；切削加工需要所选材料符合切削作业具有的可操作性。
满足适用性的同时还要考虑材料应用的经济性，尽量选用价格便宜、容易得到及各项成本较低的材料。
3 机械设计中材料应用的环保性与节能性
（1）选择加工过程中污染少，能耗低的材料：①材料经热处理工艺加工后，能提高性能和使用寿命，但此工艺对环境污染大，耗能多，因此尽量避免采用热处理的材料，而尽可能选择在热轧、冷轧状态下就可以达到所需性能要求的材料；②选择热处理工序少的材料，从而降低对环境的污染，减少能源消耗。
（2）减少产品上所用材料的种类，优先选择可再生，可回收材料、充分考虑环境兼容性和易降解的材料：在保证零件性能的基础上，应减少产品中材料的种类，材料种类过多，不利于废弃后回收利用，从而造成材料的浪费，并且尽量不要采用如橡胶与金属混合或粘合的设计。
（3）优先选用新型安全材料来替代对人有毒副作用或对环境有害的材料：在满足机械设计要求的前提下，合理采用新型材料代替原材料。如采用金属泡沫，可以用于重量轻、坚硬的夹层板的芯板；在壳体结构里用作加固物抑制壳体弯曲；机动车辆和火车里外冲击能量的吸收；用作效率高的热交换器冷却高功率的机械电子设备。而且金属泡沫不能燃烧，能够再循环利用，对环境和人体都是无毒无害的材料。
4 结束语
机械设计行业对于促进经济发展和工业现代化进程都有十分重要的意义，材料的合理选择是一种以机械设计为目的的选择性手段，是整个机械设计环节中的重点，对产品的质量和机械行业的进步起重大作用。因此，机械设计中材料的选择和应用不仅要保证选择的材料满足设计加工的需求，还要注意材料应用的适用性、经济性、环境性和节能性。坚持走可持续发展的道路，能为机械设计行业的稳步发展奠定坚实良好的基础。
参考文献：
[1]付广艳.工程材料[M].北京：中国石油出版社，2007
[2]鄢利群，高路.机械设计基础[M].北京：化学工业出版社，2011
[3]崔忠圻，刘北兴.金属学与热处理原理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007
[4]邓文英，宋力宏.金屬工艺学（上、下册）[M].北京：高等教育出版社，2008