金屬材料是指由金屬元素或金屬元素爲主要構成的具有金屬特性的材料統稱，以下是小編蒐集整理的一篇探究金屬材料在機械設計中應用的論文範文，供大家閱讀參考。
摘要：隨着社會經濟的快速發展，機械製造業的經濟地位也愈來愈高，機械行業的發展促進了社會經濟的發展。機械設計和製造過程都不可避免的涉及到金屬材料的選擇和使用。由於社會經濟理念的轉變，人們對於機械設計的要求也逐漸提高。材料的選擇和利用成爲當前研究的熱點。本文將對新形勢下金屬材料的選擇與應用加以分析，在選材料的設計要求、經濟適用性、環保性以及節能性方面加以討論，以低碳環保的選材方式，貫徹國家可持續發展戰略。
關鍵字：金屬材料;機械設計;選擇;應用
在我國城市化建設過程中，機械製造行業在整個國民經濟中佔據着越來越重要的地位。各行各業對機械的需求越來越多，機械行業的發展是我國經濟發展的巨大推動力。機械設計是機械製造的基礎性工作，在機械設計過程中，所有的機械設計均需面臨金屬材料的選擇問題。所有的金屬材料均有其優缺點，不可能同時在各個方面均具有優良的性能。在設計過程中，金屬材料的選擇就是根據其自身的特性揚長避短，達到最佳的使用效果。材料的選擇對產品質量、機械設計行業的發展具有直接的影響。而隨着經濟大發展，對機械的需求量也大大增加，機械加工更是面臨着材料短缺的危機。面對這些現象，在進行材料選擇時，必須要保證材料的強實用性、經濟性、環保性，只有保證選擇金屬材料的正確選擇，才能保證機械設計行業健康的發展。
1金屬材料的發展
金屬材料是指由金屬元素或金屬元素爲主要構成的具有金屬特性的材料統稱[1]，包括純金屬、合金、金屬間化合物和特殊材料等，金屬材料通常被分爲黑色金屬(鋼鐵材料)、有色金屬、特種金屬。隨着材料設計、加工技術及使用性能試驗的進步，金屬材料已經從純金屬、純合金中擺脫出來，人們開發出了新的高性能金屬材料。例如有序金屬間化合物、機械合金化合金、定向凝固柱晶和單晶合金、釹鐵硼永磁合金等新型材料。這些材料在機械設計中的應用產生了巨大經濟效益。
2機械設計材料選擇的原則
材料的選擇是機械設計的重要內容之一。在材料選擇時必須按照一定原則進行。
2.1考慮材料的載荷以及應力
機械設計過程中必須對金屬材料的荷載水平進行選擇。荷載水平較低可能會出現機械後期的使用受抑制或失效的情況，不能發揮出機械零件應有的作用。由於各種金屬材料的脆性和塑性不同，脆性材料多用於靜載荷下工作，而塑性材料大多用於衝擊荷載情況下。設計中應對材料荷載進行和在評估，優選荷載較高的材料。另外，如有需要可以對材料進行調質、滲碳、氮化技術等處理[2]。
2.2考慮零件的工作環境
第一，考慮溫度的影響，由於金屬熱脹冷縮的特性，溫度對金屬材料會有影響，但是不同材料的膨脹係數是不同的，在溫度變化時，材料體積隨之變化程度不同，導致材料鬆動。在選擇材料時，必須選擇膨脹係數較少的材料，且膨脹係數相差不宜過大。第二，考慮環境溼度和腐蝕性，有些零件必須處於潮溼環境和與腐蝕性介質接觸的環境，這時應該選擇具有良好的防鏽抗腐蝕的金屬材料。第三，考慮材料耐磨性，機械作業過程中會發生零件磨損現象，這時應選擇硬度大，耐磨性好的金屬材料，或者通過堆焊、焊接、熱噴塗等提高機械零件的耐磨性[3]。
2.3零件的加工工藝及可實現性
在機械設計到完成產品過程中可能會經過切割、焊接、拼接等多種工藝[4]。如果材料既易獲取又易於進行工業批量加工，還能夠保證產品性能，則在機械設計過程中則應優選該種金屬材料。機械設計過程中，必須考慮零件的加工工藝和可實現性。
2.4失效性
任何機械零件在使用過程中，經過一段時間均會產生一定的損壞，使其達不到預期要求或損壞。在進行材料選擇時，考慮到金屬材料製作的零件的時效性，通過實驗選擇合適的材料[5]。
2.5材料的經濟性
在機械設計材料選擇時，應該進行成本覈算，在保證其機械性能同時，選用價格比較低廉、加工工藝成本低的材料。且所選用的材料供應量大，獲得方便。
2.6材料無害化
在機械設計過程中儘量不選擇含有鎳、鉛、鉻等元素的金屬材料，這些金屬元素會對人體健康產生不利影響。在材料加工過程中，其廢棄物排放後會產生環境污染，直接或經過在生物體內積累對人體產生影響，因此在選擇金屬材料時，一定要謹慎選擇。
2.7材料的可循環使用性
機械設計中，爲了使金屬材料性能達到預期效果，需將若干種金屬混合爲合金使用。這種合金材料相對於純金屬材料回收難度大大提高增加了回收成本。一旦機械報廢，金屬材料難以回收。爲了實現資源的合理利用，在選擇金屬材料時，儘量選擇單個的合金，而且合金的組成元素種類越少越好。
3金屬材料應用注意事項
3.1選材時應注意其經濟實用性
機械設計過程中，材料的選擇和應用屬於重點內容。機械設計最終產品須滿足實用性的要求，這主要由材料的使用和加工工藝決定。首先，對於機械設計者來說，在選擇加工工藝之前需對設計進行綜合性評價，對市場上各個材料的加工工藝、材料性能、材料價格、設計實現可能性等進行整理分析。其次，設計人員應先確定加工工藝，再進行金屬材料的選擇，保證生產設備的實用性。金屬設備的生產涉及鑄造、生產、裝配以及焊接等加工工藝，不同工藝對材料的要求不同，加工工藝確定後，材料選擇就會受到限制。例如採用鑄造工藝時，需要使用具有良好流動性、收縮性、偏折性的材料;採用鍛造工藝，需要選擇抗衝擊性強、可鍛性高、有良好的冷鐓性和斷後冷卻性的材料。最後，考慮技術材料自身的性能是否符合設計要求。由於碳素鋼或合金鋼材料具有良好的'加工性能，價格適中、性價比較高，是機械設計中較常用的金屬材料之一。由於碳素鋼韌性不足，有些中等型材不能夠直接加工。爲了提高其實用性，可以通過加入適宜成分製造成具有耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性強的合金鋼。另外，金屬材料選擇時應儘量考慮到材料的經濟性。選用價格便宜、各項成本較低、加工工藝成熟、適用性廣的材料。
3.2選材時應注意節能性和環保性
機械設計過程中要堅持低碳環保、可持續發展的原則。首先，材料選擇時，應選擇加工工藝成熟、污染少、能耗低的金屬材料，降低對環境的污染和能源的消耗;其次，選擇材料時，考慮其可回收性，減少機械產品中所用金屬材料的種類，優先考慮可回收、可再生、易降解的材料，避免資源的浪費;再次，選擇材料時注意材料的失效性，選擇符合設計要求的、失效時間鄰近的金屬材料，提高材料的利用率，避免資源的浪費;最後，無害化也是金屬材料選擇必須要注意的問題之一。金屬合金製作加工過程中會產生有害廢物，選擇危害性小或尋找新型無害的材料替代原材料，降低材料加工廢物對環境和人體的毒害作用。
4總結
合理選用金屬材料是機械製造過程中的重要環節。需從多方面考慮。從其機械性能、經濟性、適用性、環保性、節能性等方面綜合考慮，擇優選擇。保證機械產品的質量和性能，促進機械製造業的發展。
參考文獻：
[1]段永強.金屬材料發展的新趨勢及其影響[J].橡塑技術與裝備，2015(24):71-72.
[2]黃丹.淺析材料在機械設計中的選擇和使用[J].中國高新技術企業，2015(08):86-87.
[3]陳絨.機械設計中耐磨損材料的選擇與應用[J].湖南農機，2013(03):101-102.
[4]王雲德.機械設計中材料的選擇與應用研究[J].湖南農機，2014(02):52-53+55.
[5]王立文，王書田，李峯.金屬材料的選擇原則[J].內蒙古石油化工，2005(02):26-27.