材料选择机械设计论文

材料选择机械设计论文

1机械设计过程中材料的选择及应用方法

1.1分析调质及其设计应用

根据目前的具体情况看,调质技术是最常用的一种热处理技术。对大多数零部件进行处理时均可以通过调质技术进行操作,且该技术的效果能够使所选的材料综合性能得到提升,即利用调质技术能够对材料强度进行拉伸,使机械设计材料的屈服度及拉伸强度得以不断提升,进而增强材料的塑性及强度。通过提升材料的冲击度、强度,能够使设计过程中零部件的使用截面减小,进而降低整个机械的重量及降低部件的消耗及所占空间。在运用调质技术的过程中,必须注意下面的三点要求:一是一定要将调质标注清楚,若只是将热处理标注出来,大部分厂家很可能会运用其他处理技术来进行操作,如利用正回火使材料的硬度达到相关标准,但正回火技术降低材料强度大大降低,致使其在具体工作中出现断裂情况;二是必须将调质硬度范围注明,进而才可以为工厂生产提供便利,如果硬度的范围较窄就不能达到具体的生产需求;三是材料硬度与所要求的实际强度必须相适应。

1.2分析表面硬化技术与选材

对机械进行设计时,应利用硬化技术对各种金属材料的表面进行相应的处理,且对其进行处理主要是为增强材料的耐蚀性、耐磨性,而氮化技术、渗碳技术则是比较常用的硬化技术。渗碳技术通常是指,在渗碳炉对钢材表面碳含量进行增加,使其达到被允许范围时再淬火,进而让钢材的表面硬度能够达到相应的技术标准,再通过低温回火技术将其应力消除,使其组织结构更加稳定。能够利用渗碳技术进行处理的材料通常是渗碳钢,进行机械设计的过程中,可参照实际要求对其进行运用。如可以根据心部强度、零部件主要的尺寸大小对材料进行选择,需要重视的一点是材料的使用不能过度,否则会导致生产成本不断增加。通常情况下,如果截面的有效面积低于50mm,可选择20Cr。但是,如果有效截面面积大小在50~150mm之间,而且其重量低于50kg,就可选择20CrMnTi。渗碳层度深度应参照实际的需求才能进行确定,若增加其层深就说明必须使渗碳时间延长。

1.3分析氮化技术及相关材料的选择

不管是何种钢材通常都可以利用氮化技术对其进行相应的处理,但比较常用的一种钢材主要是45型号的氮化钢。使用氮化技术时往往是利用氮化炉对其进行操作,因而其优势主要是变形较小,进行氮化后就不必再加工。同时,氮化硬度应参照材料质量才能确定,进行设计的过程中必须注意一定要使用整体的氮化技术,由于氮化层并不会带来不好的影响,所以不必再次进行处理。必要时可运用局部的氮化技术对局部进行相应的保护,进行氮化后再把保护层全部去掉。该技术最大的一个特点就是热处理的过程中变形较小、硬化层也相对较小,尤其是适合与调质技术共同使用,进而可以使材料耐磨性、技术强度大大提升。

2机械设计中最常用的四种材料

2.1高分子材料

在机械设计,对于高分子材料而言,其主要包括合成纤维及塑料。此类材料在相应的工业生产中存在许多优点,且材料来源非常丰富。能够从天然气中进行提取,该材料所消耗的能源较少,且其密度也比较小,其延展性同样非常好。

2.2金属材料

各种工程的材料使用中,其使用范围最广泛的主要是金属材料。据统计资料显示,金属材料在机械类产品中占了90%以上的比例。尤其是钢铁材料在机械设计中的使用最为普遍,由于钢铁的韧性、强度较好,且其价格相对较便宜,也可以达到各种性能标准,所以使用较多。金属类材料中的合金,其性能非常优良,比较适合用来制作各种机械产品中的零部件。

2.3复合材料

机械设计中所使用的复合材料主要由不同的、两种以上的材料所构成,且通过化学与物理方法有机组合而成的新型材料,此类材料的性能均可以达到各种工业生产的需求。其中,复合材料通常包含非金属材料和金属材料,而金属材料有合金、镁、铝;非金属材料则包括陶瓷、橡胶、树脂等。金属丝、碳化纤维及玻璃纤维则属于增强型的材料。

2.4陶瓷材料

对陶瓷材料来说,其主要成分是碳化硅、氮化硅,且此类材料的特点主要有密度较低、硬度较高、具有较强的抗压强度及耐腐蚀性强,其缺点是价格非常贵、比较容易发生断裂、比较脆。目前,陶瓷材料大多使用在密封零件的制作中。

3机械设计中材料的选择及使用须注意的事项

3.1对材料进行选择时必须重视其适用性及经济性

机械设计的具体工作人员应根据不同的机械设计工艺,比如锻造工艺、铸造工艺、焊接工艺根据各种需求选择适合的材料,进而才可以使材料发挥出最大的效用。如铸造工艺中所使用的材料一定要具备较好的偏折性、吸气性、收缩性;焊接工艺中的材料应有良好的敏感性及使用性;而锻造工艺使用的材料则应具有相应的锻后冷墩性、冲压性、冷却性、可锻性。只有将各种工艺制作中需要的材料性质把握好,进而才可以选择出真正合适的机械设计材料。另外,对材料进行选择、使用的过程中还要重视材料的经济性,所选材料应在满足设计需求的同时尽量保证价格为最实惠、最便宜,这样就才能够使机械设计成本得以降低。

3.2材料选择过程中一定要重视其环保性及节能性

近几年,随着科学技术、社会经济的持续发展,自然破坏现象也越来越严重,自然环境问题早已成为社会中的热点话题之一。环境与人类的生活、生存有密不可分的关系,对自然环境进行保护也是各个社会成员共同的责任及义务,想要促进社会发展,就必须对环境进行有效的保护,过度的开采往往只会产生适得其反的后果。因此,对机械设计中的材料选择一定要重视节能性及环保性;设计人员一定要坚持可持续发展观,使用污染较小、能耗较少的材料,对那些不可再生、有效的资源必须尽量节约,进而能够在完成机械设计任务的基础上,使自然环境得到相应的保护。

4结语

做好机械设计材料选择、使用工作对机械设计事业的发展有重要作用,对机械材料进行选择的过程中,必须将材料的节能性、经济性、环保性、实用性等因素考虑进去,进而才可以使机械产品的质量、性能得到保证,才可以给机械设计的持续、健康发展提供必要的条件。

作者:黄丹 单位:泰尔重工股份有限公司