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摘要：先进机械设备制造的前提，便是拥有良好的设计，从而确保机械的结构，功能与实际的操作运行标准相吻合。在设计阶段，材料选择作为关键性的一环，对于机械设计的合理性，以及后期机械制造的安全性，都具有十分重要的意义。
关键词：机械设计；新型材料；选用；分析
1导言
随着我国工业进程的不断加快，我国的机械化程度也越来越高，不仅是工业生产车间应用到一些机械设备，甚至一些家庭中也逐渐出现一些机械设备，其应用范围越来越广泛，也给人们的生活生产带来了极大的便利，因此在机械设计过程中，为了保证机械设备的安全性和实用性，必须合理选择材料，从而保证人们的生命财产安全。
2概述
机械设备在日常生活中无处不在，大到飞机、火车、轮船、各种工程设备，小到手机、手表、各种电子产品等，都属于机械设备。在机械制造过程中，设计是第一步。而在机械设计中，材料的选择又是非常关键的一环。材料选用合理是实现机械产品价格合理、质量耐用、产品寿命长的基础。在历史上，一种新材料的问世，往往会开辟一个新的时代。例如，人类掌握了青铜的冶炼技术以后，就进入了青铜器时代；掌握了炼铁技术后，人类进入了铁器时代。从20世纪下半叶到21世纪初，又有很多新材料相继问世，如碳纤维复合材料、石墨烯、钛合金等，每一种材料的出现都会给工业，特别是机械制造业带来革命性的变化。下面本文就浅显地谈一谈机械设计中材料的选用问题。
3机械设计中材料选用的原则
3.1注重材料的经济性与适用性
所谓经济性与适用性，就是选材要量体裁衣，根据机械产品的质量要求、用途以及机械制造过程中的铸造工艺、装配工艺和焊接工艺等环节的要求，选择既能满足要求，又价格低廉的材料。比如，在金属材料中，钢铁的价格是很便宜的，因此在选材时，在满足要求的前提下，可以尽可能地选择钢铁。再比如，铜和铝都是电的良导体，铜的电阻率比铝更小，但是铝的价格比铜便宜许多，当满足需要时，尽量选用铝而不是铜作导电材料。这样就可以在保证产品质量的前提下实现最大的经济效益。
3.2在选材时考虑节能与环保因素
节能与环保是21世纪以来全球广泛关注的话题，我党提出了“绿色发展”“人与自然和谐相处”等议题。在机械设计中，尤其要重视节能与环保。尽量选择可再生、易回收、环境友好的材料。在选材过程中，要优先选用可再生资源材料，优先选用环境友好材料，优先选用便于回收的材料。例如在选用塑料时，要避免选用不可降解的塑料，在可行的前提下优先选用可降解塑料。再比如，尽量减少金属材料等不可再生资源的使用，尝试用可再生资源代替。
4机械设计中常用的材料
4.1金属材料
在机械设计中所选用的材料中，金属材料是应用最为广泛的。在金属材料中最为常用的是钢和铁，之所以这两种材料选用较多，主要是因为钢和铁的强度以及韧性相对较强，而且价格低廉，容易获取。而且可以在其中加入一些其他金属材料制成合金材料，经常被应用到各类机械零件中，金属材料也是机械设计的主要基础材料。
4.2高分子材料
随着我国科学技术的进步，高分子材料逐渐出现在人们的生产生活中，而且高分子材料有着其独特的优势，因此在机械设计中，占比越来越大。在高分子材料中应用最多的就是塑料、合成纤维等，这些材料具有来源广泛，延展性很强等特点，而且在制作过程中消耗的能源非常少，受到了人们的重视，但是最近几年，人们逐渐发现塑料制品能够产生“白色污染”，因此就目前来说人们需要一种更加环保的高分子材料。
4.3复合材料
所谓复合材料就是指由两种或者以上材料通过物理或者化学方法结合在一起的材料。一般来说复合材料会同时具有两种材料的优点，因此对于一些要求相对复杂的机械设计，复合材料是首选。而且复合材料又分为金属材料和非金属材料，常见的复合材料有合金、树脂等材料。
4.4陶瓷材料
组成陶瓷的主要成分是硅，因此陶瓷材料具有密度低、硬度高、耐腐蚀等特点，因此在一些对密封性要求比较高的机械设计中可以选择陶瓷材料，但是陶瓷材料也有自身的缺点，造价高而且容易破碎，因此应用范围相对较小。
5机械设计中材料选择与应用
5.1使用型材料
不同的机械，对于材料各项规格存在着的要求具有较大不同。部分零件侧重于材料硬度指标关注，部分零件则仅是出于美观的角度考虑所选用的材料。因此，设计者在选用具体材料之前，首先要做的便是就机械设备制造的具体要求进行细致化掌握。将机械各个零件制造工艺要求加以详尽分析，并根据其不同的使用功能合理选择所投入的材料类型。只有这样，才能确保所选择的材料，与机械制造的实际要求相符合。
5.2碳素钢、合金钢材料
碳素钢，是目前机械设计领域中比较常见的一种制造材料，因为性价比较高，受到了机械企业的争相推崇。但是，该材料存在的主要问题，便是在韧性，以及强度指标的呈现上不是十分理想，这大大限制了机械零件的规格扩充。而在碳素钢材料的基础上，适当加入一定配比的合金元素，构建出一种新型的机械材料。这一新型材料的推出，有效规避了传统碳素钢硬性，韧性差的问题，显著提高了机械材料质量。同时，这种新型的合金材料还具有更加优势的地方，那便是淬透性，以及耐磨性指标更加优越。这对于提升机械设备功能效率，延长使用周期具有重大意义。
5.3无毒、无害性材料
机械设计领域中，所采用的材料具有一定的伤害性。比如Cr+6、Ni、As等均是对人体伤害极强的化学类机械材料。同时，以上材料所造成的伤害不仅仅体现在人类身上，对于自然环境的破坏力也是极强的。因此，设计者在机械设计环节，要慎重选用上述材料，以确保机械制造能够在安全，稳定，无污染的环境下进行。
5.4载荷性材料
荷载性指标，是衡量机械材料功能与质量的重要指标。简单来说，材料的荷载性能，是决定机械设备能否正常运行的关键。如若所选用的材料在荷载性指标上未能达到具体工艺要求，那么将造成材料在投入机械制造实际生产环节中，出现断裂问题。或者以潜藏性故障风险的形式，存在于机械设备当中。这不仅给机械设备的安全使用造成较大危险，更严重缩短了机械设备的使用周期与寿命。因此，设计者在进行材料选用环节，需要根据机械设备的实际生产要求，预判载荷性能的具体指标值，并留出一定的空余性能值。以防止因载荷性能不足，而增加机械设备生产和运行风险。
5.5低耗能材料
材料自身的性质也是决定机械设计成功的关键所在。设计者需要围绕环保角度展开机械材料的合理选用，以便推动机械领域的可持续发展进程。环保思想，不仅要渗透于机械设计环节，更要在机械加工、制造、生产、运行等各个环节均要有所渗透。就目前而言，金属材料是目前最为常见的机械制造材料类型，市场采购量极为丰富。然而，在就该材料进行实际生产过程中，需要进行一定的热处理。这一环节，将给环境造成很大的迫害，甚至大大增加了机械制造能源消耗量。因此，设计者可以改用一些冷处理材料，从根本上解决材料耗能较高，污染强度大的问题。
6结语
材料是机械制造的基石，材料的合理选用对于机械产品的质量、成本、寿命等都有巨大的影响。随着科学技术的发展，新的材料在不断被发现、发明，新材料在不断推动人类社会的进步。作为一名机械制造领域的从业者，要密切关注材料科学的发展，敢于尝试使用新的材料、新的技术，只有这样才能推动机械制造行业不断向前发展。
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