1王学路2谭顺
1 滁州市特种设备监督检验中心 安徽 滁州 239000
2芜湖市运达轨道交通建设运营有限公司 安徽 芜湖 41004
摘要：本文阐述了机械设计中对金属材料进行选择需要遵循的一般原则，研究了调制工艺和表面硬化技术等具体应用措施，希望为机械设计提供借鉴和参考，全面提升金属材料的实用性、经济性，推动机械制造产业实现可持续发展，为国民经济提供重要的工业技术支撑。
关键词：金属材料；机械设计；选择；应用
在进行机械制造之前要先进行机械设计，而对材料进行科学合理的选择是机械设计中非常关键的一个步骤。近年来，我国科学技术水平快速提升，各行各业对机械设备的需求量也与日俱增，制造企业在满足机械设备制造数量的同时也要兼顾机械设备的质量。金属材料是机械设备使用的最重要材料，科学选择金属材料对保证机械设计及制造水平具有重要意义。
1金属材料选择的基本原则
1.1载荷选择原则
在进行机械加工时常常遇到制造出的零件不能满足使用要求的情况，这是由于材料能够承受的载荷不够，导致零件或材料不能应用于机械设备中。鉴于此，要在进行机械设计时充分考虑到机械设备使用要求，根据实际载荷需求情况对材料进行合理选择，可通过向低碳钢中进行渗碳处理或对中碳钢进行调质的方法提升材料载荷。对于载荷这个重要的材料力学性能参数而言，其载荷大小的数值以及载荷性质分类又是机械设计需要考虑的两个必要参数。机械设计工程师要使机械设备使用效果符合设计目标就一定要把好材料选择的重要关口，避免金属材料载荷选择出现偏差。因此在机械设计中材料评估是一个非常重要的环节，如果有必要提升材料载荷，可以对其进行调质、渗碳、氮化等技术处理。
1.2零件结构的复杂性和加工性能选择原则
如今，机械设备的零件都非常精密，这就需要机械设备零件尺寸精准、质量达标。除此之外，还要考虑零件结构的复杂程度以及加工难易程度的问题，如果选择的材料无法满足后续材料加工要求，就会对机械设备零件的精度产生较大影响。材料加工技术有焊接、冲压切削以及铸造焊接等，如果选择的机械设备材料不符合加工要求。就需要采用材料加工技术对其材料进行再次加工。
1.3零件的工作环境选择原则
工作环境是机械设计的一个重要决定因素，对机械材料选择的影响尤为明显。首先要考虑的因素是环境中的温度变化率因素，金属材料的结构会随着温度变化而出现不同程度的变化，材料种类不同，膨胀程度也不同。其次要考虑的因素是环境湿度对材料性能的影响，环境湿度较大时会加速金属材料的腐蚀过程，对于这种环境条件在进行机械设计时就要选择耐腐蚀性材料。最后要考虑的因素是磨损，磨损是材料使用过程中会出现的正常现象，使用硬度较大、耐磨性能好的金属材料可以使机械设备的服役寿命延长。例如在湿度较大、温度较高的使用环境下，机械设备的材料会受到严重腐蚀，这时要选择耐腐蚀性材料或在金属材料表面制备涂层以达到抗腐蚀目的。
1.4经济性原则
企业追逐经济利益最大化是毋庸置疑的，经营目标，机械制造企业也在不停的追求高经济利益回报。材料成本控制是企业生产成本控制中的重要环节之一，科学合理的选择性价比较高的材料会减少企业运营成本。在考虑材料经济性时应关注加工难度、材料转化率、价格以及质量因素，确保满足材料使用性能的同时控制住生产成本。
2金属材料应用措施分析
2.1应用材料表面处理技术
确定机械设备使用的材料后都要进行表面硬化等处理过程，合理的表面处理工艺可以使机械设备零件有较强的耐磨性和抗腐蚀性。通常来说，金属表面处理技术有渗碳、氮化技术等，这两种技术的原理虽然不同，但都需要利用渗碳炉进行表面处理。将金属材料放进渗碳炉中进行渗碳处理可以提升金属材料的碳含量，进而通过淬火处理提高材料硬度，最后要采用低温回火工艺来消除材料应力以使材料性能稳定。此外，还要根据不同的使用需求和结构尺寸等参数选择不同的金属材料。例如经验数据显示，截面的面积在50平方米至150平方米之间、重量小于50千克时，可以选择使用2020Crmnti作为主要金属材料。在进行渗碳处理时还要不断优化处理工艺，要做各种尝试寻找到最优工艺方案，确定渗碳层深度。如果渗碳层深度增加时，渗碳时间会变长，渗碳处理的时间也会延长，不利于提高企业生产效率，也不利于降低制造成本。
钢材的氮化处理技术可以用于各种钢材的表面强化过程，是一种常见的表面处理技术。对材料进行氮化处理可以提升材料使用性能，提高机械材料的结构稳定性。企业在对金属材料采用45型号氮化处理时变形率会显著降低，但材料的硬度不会得到明显提升，此外，应用氮化处理技术可以降低金属材料处理的时间，提高金属材料处理质量，提高材料的利用率。
2.2选择环保节能材料
如今，我国城市化进程不断深入推进，随之而来的是日益严重的环境污染问题，机械设备生产制造行业更是如此。在进行机械设计时应该考虑到环境保护相关问题，要求设计人员以环境保护设计为基本要求，尽量避免使用含镍和铅等污染环境的金属材料，从源头上保证操作人员的身体健康。
第一，选择低污染性、低能耗的材料。设计人员在进行金属材料选择时应该倾向于选择能耗较低、污染性较低、无需热处理的材料。首先在选择材料时应该考虑到材料环境污染问题，还要考虑到能耗问题，避免加工材料时产生废气和废料，减少资源浪费。金属材料经过热处理后力学性能会显著提升，服役期限也会适当延长，但在进行材料热处理时通常会消耗大量能源，也可能会出现环境污染的情况，因此在条件允许的情况下要选择无需热处理的材料。如果必须对材料进行热处理，应该选择热处理工序相对较少的材料，既能够减少能源消耗也可以减少环境污染。
第二，选择可回收材料。机械设备在经年累月的使用后会出现磨损现象，达到一定服役年限则需要进行报废。为了使这些材料被二次利用或能够减少材料对环境的污染，在设计时应该选择可回收材料和可降解材料。如果设备报废以后，设备材料不能再次回收利用，就会对环境造成恶劣影响，还会威胁人们的身体健康。
第三，选择新型安全材料。传统材料虽然可以通过多种材料加工、材料改性方法提升安全水平，但研究新型安全材料才是根本办法，新型安全材料与传统材料相比具有全方位的优势。如机械设计时使用金属泡沫材料，该材料能够循环利用、确保操作人员的身体健康，还不会对环境产生任何危害，设计和研究新型安全材料可以从根本上解决材料安全问题。
3结语
近年来，我国各个领域都发生着重要变革，机械设计及机械制造产业在国民经济中起到了重要的支撑作用，我国科研机构和企业对机械设备金属材料选择的相关研究已经较为成熟，但仍然存在一些问题，需要科研工作者和广发设计研发人员不懈努力，为我国机械制造事业做出贡献。
参考文献
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