浅谈机械工程选材

李勇

摘要：自改革开放后，中国的经济、科学技术迅速发展，在国际上也有了很大的进步。其中，机电工程是中国工业发展的重要支柱，机械工业与机电工程一起促进了国家的经济发展，并伴随着国家的发展而成长。机械行业在国家经济建设中起着举足轻重的作用。在机械设计中，选用合适的材质是一个很大的影响因素。

关键词：机械设计；材料；性能；选材

引言

当前，国内很多产业都需要更高层次的产品。材料的选择是机械设计的关键环节。要使建材得到最大程度的发挥，就要对建材进行科学、合理的选用。经生产检验，其质量有了较大的改善。另外，在特定的工程中，减少所需要的费用也会更好。但在生产中，因材料选择不当，导致部分产品的某些特性无法达到设计要求。因而，许多机械部件在工作中处于应力状态，不能得到实时的状态，给生产造成极大的浪费。所以，如何选用合适的材质，就显得尤为重要。选用什么样的材质，对整体项目的各项指标都有较大的影响。

一、材料选择的重要性

伴随着工业化的加速，对机械设计者的技术水平提出了更高的要求。在机械设备的设计中，材料的选择是非常关键的一个环节。正确地选择机械工程材料，对于最大限度地挖掘其性能潜力，保证其具有优良的加工工艺性能，得到理想的应用性能，改善产品零件的质量，节省工程材料，降低生产成本，具有十分重要的意义。本文对如何选用适当的材料进行了探讨，以供同行参考。

二、选材的原则

以工作环境为依据，确定工作条件，是进行产品选型的基础出发点。其次，还要对材料的搬运流程进行考量。第三，一定要从经济学的观点来看。设法将全部花费减少到最少。要做到原料充分利用，技术上优良，供给上能够得到保障，经济效益应当是合理的。

(一)选材的一般使用原则

选择何种材质，取决于所制造的零件能否保证其工作特性。物质可用性是一种物质在正常工作条件下应当具备的性能。本课题的重点是对其力学性能，物理化学性质等进行了研究。为保证零件的安全，可靠，持久的运转，零件的工作特性至关重要。这也是挑选机械材料的一个关键。不同的零件，对于材质的需求也是各不相同，有的零件对材质的需求很大，有的零件要求很高，有的零件则是对材质没有什么特殊的需求，只是外观上的需求。同时，对一般的机械零件，也应着重研究它们的力学性能。

(二)选材的工艺性原则

工艺性原则就是要保证所选用的原料可以被平滑地处理并制成一个零件。例如，某一种物料仅按某一特定要求，某一物料很适用，但无法进行加工，或难以进行加工，因此其成本较高，即为工艺性较低。因此，在材料的选用上，材料的工艺性能直接关系到材料的制造难度、生产效率和生产成本。

(三)选材的经济性原则

经济性的原理就是选择的原料经过机械处理后，能否降低成本，降低成本。从经济效益考虑，应尽可能选用货源丰富、廉价、容易处理、总费用低的原材料。通常情况下，在不影响使用性能的前提下，都会优先选用价格较低的材质。能选低合金钢就选高合金钢；能用钢的，尽量别用有色的。此外，做经济学的研究，要从长远来看，不要只顾眼前的利益。一些原料现在看似昂贵，但是由于其使用年限较长，维修成本较小，因此，从长远来讲，其经济利益是非常可观的。总的来说，其经济效益是相当可观的。另外，应当注意到，在对高分子材料进行选取时，在遵循上述三个原理的基础上，要着重考虑在工作条件下，环境（如，温度，水，氧气，光线，油等）对高分子材料的性能的影响。

三、选材的步骤

选择材料是一项十分关键而又十分麻烦的工作。下面是最基础的步骤。

(1)针对选定的材质，开展零件的性能要求及失效分析，其中包含零件的使用条件、零件的强度、硬度、稳定性等方面的计算。(2)对材料进行筛选，将其分成四个主要类别：金属、陶瓷、高分子、复合材料。把所有的工程材质都作为选择的目标，按照它们的要求来选择材质。(3)对所筛选的目标进行评价。(4)选择最佳的选材。(5)对选定的零件和物料进行现场检查。

四、选材的方法

(一)综合分析性能指标，全面考虑选材原则

在实际应用中，大多数零件都处在多重受力条件下，每个零件的受力情况都不相同。因此，在选用材质时，应当根据零件最主要的表现要求来选用。产品的强度、硬度、耐磨、高温、抗腐蚀等性能都要有保证。

(二)结合实际典型零件，类比分析选材方法

由于机械制造中零件种类较多，对零件的要求也不尽一致，所以对零件的要求也不尽相同。从不同材质的比较来看，金属材质因其优良的力学性质而被普遍采用。文中列举了几个具有典型意义的部件，并对其选材进行了详尽的说明。

机床齿轮。工具传动装置对机械齿轮而言，其最主要的要求是其抗磨损能力，尤其是抗弯疲劳能力，要求其同时具备高的耐磨性、高的冲击韧度和良好的切割加工性。而用低温淬火的方法对中碳钢板进行淬火，可以满足这一要求；根据这一原理，可以将碳化后的碳化，然后在低温下进行硬化，从而使其具有良好的力学性能。当然，38 CrMoAl对其进行渗氮处理，对于普通的加工设备来说，还是能够达到要求的。比较了三种原料的选用和生产工艺，并作了经济效益分析。在所有工艺参数中，高频淬火工艺的费用最小，其次为渗碳工艺，再次为氮化工艺。

轴类零件。轴部件轴也是常用的一种结构形式。因为轮轴的材料要求达到刚性，强度，耐磨，耐腐蚀等要求，所以使用的材料通常是碳素钢或合金。但是，与合金相比，碳纤维钢材价格低廉，不易产生应力集中，而且在热处理后，其耐磨和抗疲劳等特性也有明显提高，因而具有较高的综合性能。采用高强度、高淬透性的合金钢比普通的碳钢有更好的力学性能，但是，合金钢的成本较高，而且容易产生应力集中。在经过比较之后，将45缸选作了常见的传动轴，而对于传动轴没有特别高的或者是对其有较高的需求的，那么就将Q235,Q255等常规碳素钢选作传动轴。对于要求具有大的传递动力，以及要求具有很好的质量，体积小，耐磨性好，或有一些特定的应用场合，可以选用20 Cr,20 CrMnTi等低碳合金钢。

机体类零件。底盘构件是机械的基础构件，许多机械构件都装配在底盘上，有的还装配在底盘上，有的还装配在底盘上。因此，机体就是整个机械的装配和调试的基础，各个零件之间的定位和移动，都与机体自身的精密程度有关。由于不同的机体各部分的作用，它们的构造和外形往往差别很大，但它们的构造却有着共同的特点。

结语

当前，伴随着科学技术的持续发展与进步，计算机技术以及其他学科也被日益广泛地运用到了对物质领域的选择上，比如数理统计、可靠性分析以及价值分析等，逐渐地，人们发展出了一系列有一定规律性的选材方法。尤其是参照相关的指数，更具有现实的指导作用，使得选择的材料更加的科学化、合理化。综上所述，在对机械工程材料进行选用时，不仅要看它的特性能否与零件的应用需求相匹配，从而延长零件的使用寿命，还要看它的可加工性和经济性。在此基础上，可有效地改善零件质量，减少成本，减少损失，并为机械设计中的选材提供依据。

参考文献：

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