摘要：随着经济的发展，机械制造业的地位越来越突出。就目前机械行业发展现状来看，机械设计合理化的实现，不仅仅要在选材问题上格外严谨，所选材料的经济适用性、环保节能性，也是选择的要面对的问题。
关键词：金属材料；机械设计；选择；应用
机械设计，是机械制造的基础性工作。关于材料的选择，在机械制造过程中非常重要，因为金属材料有它自身的优缺点，所以，在设计过程中，依据材料自身的优缺点加以选择，扬长避短，确保达到最好的机械使用效果。随着对机械的需求量逐渐加大，材料短缺的情况在机械加工业中日益明显。在此现状下，更要审慎严谨的选择金属材料，保证所选材料的经济实用性、环境友好性、适用方便性等，实现机械行业的健康发展。
1选择材料的基本原则
1.1材料的经济环保性能
经济、绿色环保、可持续发展，良好的生态环境是每个行业健康发展的基本前提。同时，经济效益也是机械制造企业追求的目标，选择性价比较高的材料，可以缩减成本，为企业带来更多的利益。因此，在选择材料时，要充分考量各种因素。例如，包括所选材料的供给状况、所选材料加工的难易程度、材料的转化率、材料价格的高低及获取的难易等，最大限度为企业降低生产成本。
1.2载荷力的大小和荷载力性质
荷载力大小和荷载性质，在机械设计中非常重要，材料的荷载力和可塑性优良，就能保障机械使用过程中性能优良。设计师在机械设计过程中想要保证后期机械的使用效果，避免由于所选材料的荷载水平差而引起的使用受抑制或使用失效的种种不良反应，就必须认真审慎的对材料加以判断、选择。所以，在机械设计中，应对材料进行评估，如有需要还要对其进行调质、渗碳、氮化技术等处理。
1.3零件的尺寸与质量
机械制造几乎是一个要求零容错率的行业，在零部件生产制造过程中，可能会因为不当选材，使一些金属材质部件质量、尺寸不合格，造成资源浪费，给企业经济发展造成重大损失，因此，选择材料一定要格外谨慎，要认真细致地全面考量，仔细甄别。
1.4特殊的工作环境
因为对各个机械组成部分所处的工作环境要求不同，因此，对不同功能金属材料的选择尤为重要。通常需要考虑以下几个因素：第一，温度因素。金属会随温度的变化而发生热胀冷缩。但金属体积随温度变化的幅度不同，膨胀系数也各不相同。所以，在选择材料时要综合考量多重因素。第二，环境的湿度及对金属的腐蚀性。有些零件必须在具有高度腐蚀性的环境中工作，加之潮湿的环境，这些条件只有那些具有很好的防腐蚀、防锈性能优良的金属材料才适合。第三，金属的耐磨性。零件磨损在作业过程中是不可避免的，硬度大、耐磨性好的金属物质可以延长产品的使用寿命，随着焊接、热喷涂技术的发展，零件也可以进一步加工使性能达到最佳，使用寿命的延长为企业节省大量生产成本，带来更高的经济效益。
1.5零件结构的复杂程度及材料的加工性能
金属零部件结构的复杂程度、金属材料的加工性能是否符合要求，是在机械设计中必须要考虑到的因素。相对复杂的零部件需要进一步采取技术加工手段，例如板材冲压元件、焊接等；相对金属材料的加工性能而言，主要考验材料本身的冲压切削能力、铸造焊接性能等。不能通过以上检测的金属材料，自然应被淘汰。
1.6材料的可循环使用性
机械设计中，常将若干种金属混为合金以达到某种预期效果，然而一旦机械报废，合金的回收成本和难度远远高于纯金属材料，浪费了大量资源。要想实现资源的合理化运动，选择金属材料时，要尽量选择组成元素越少越好的合金。
1.7材料的无害化
含有镍、铅、铬等元素的金属材料对人体健康会产生一些危害，在对其加工的过程中，废弃物的排到也会造成空气污染，机械设计是为了造福人类，对人类身心健康、对环境有污染的材料应最大限度减少使用。
2经济适用性
金属材料具有适用性，是指材料自身所具有特性能在设备使用时很好的发挥出来，经济性是指选择材料实惠适用，性价比高。例如，在碳素钢中加入一定量的合金元素，就弥补了其自身的不足，增大了材料的硬度，增强了其韧性。合成材料的耐高温性能、耐腐蚀性能及耐磨损性也都大大改善，在机械设计中选择这种合成型材料，其经济适用性能便大幅提高。同时，对不同材料的加工应采取不同的制造工艺。例如，流动性好、收缩吸气性强的材料适合铸造生产工艺；冲压性好及具有冷锁性的材料适合焊接生产；热处理加工工艺适合具有符合淬透性标准、氧化脱碳及热敏感等相关性能要求的材料；切削加工要求金属材料具有切削作业的可操作性。材料应用的经济性也必须考虑，价格便宜、容易得到及各项成本较低的材料应该成为首选。
3环保节能性
3.1选择加工过程中污染少、能耗低的材料
要认真贯彻落实可持续发展理念，材料的选择，尽量避免那些在加工过程中产生大量废气、废料的材料，以最大限度降低环境污染和资源浪费。材料在进行热处理工艺加工后性能会有所提高，材料的使用寿命也会有所延长，但热处理工艺加工过程污染环境严重，消耗大量能源。所以，应尽量避免使用需要热处理的材料。当然，无法避免需要采用热处理材料时，也要尽量选择需要热处理工序少的材料，减少能量的消耗，降低对环境的污染。
3.2选择可回收再生性材料
机械设计中材料的应用尤为重要，材料的选择应减少产品上所用材料的种类，首选那些可再生、可回收、易降解、无污染无害且于环境兼容性较强的材料。机械的使用过程必定会有磨损、报废，而报废后的资源回收问题也是机械设计中材料应用需要充分考虑的问题。废弃的资源得不到回收，不仅是对资源的极大浪费，而且会污染环境，更为严重的会危害人的身体健康。设计过程中，在保证零件优良性能的基础上，应减少产品中材料元素的种类，这种材料有利于废弃后回收利用，回收成本较低。尽量不要采用如橡胶与金属混合或者粘合类的设计。
3.3优先选择新型安全材料
一些传统的物质材料在加工制造过程中会产生有害物质，对人体和自然环境造成严重危害。所以，要尽量少的使用这类物质。在能满足设计要求的条件下，要勇敢尝试探索新型材料代替传统的金属材料。例如，可采用金属泡沫，因为金属泡沫不能燃烧，能够再循环利用，是对环境和人体都是无毒无害的材料。同时，机械零部件在运作过程中必不可少会发生磨损，使用性能下降，零件损坏，达不到预期的使用要求。所以，选择材料时，要充分考虑到零件的时效性，通过多次实验选择合适的材料，提高使用率。同时，材料选择的无害化也是我们必须关注的问题。
4结语
机械设计行业在促进国民经济发展、工业现代化进程中发挥着重大作用，合理选择材料并适当应用于机械设计环节，尤为重要。一方面要保证所选材料满足设计加工的要求，另一方面，注重材料应用的经济适用性，只有坚持可持续发展的道路，机械制造业才能更好更快发展。
参考文献：
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作者:耿在丹 单位:郑州工程技术学院开放教育学院
