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摘要：近年来，随着社会经济的不断发展，有色金属材料应用的领域和范围越来越广。据统计，目前世界上的用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料已达40多万种，并且以每年约5％的速度增加。各种材料的性能不同，用途也不相同，只有掌握和了解材料的分类、牌号、性能、应用范围等相关知识，才能在机械设计中正确的选择和使用好材料。
关键词：有色金属；材料；机械设计；选择；方法
引言：
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材料的分类
1.1黑色金属材料
铁及铁合金称为黑色金属，也就是钢和铸铁材料。目前钢和铸铁的应用最广，产量和用量也最大。钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳合金。
1.2有色金属材料
简单来说，有色金属材料是除钢铁以外的金属材料，统称为有金色属。有色金属材料大致分为铜、铜合金、铝、铝合金以及轴承合金等等。目前有色金属的产量和用量虽不及钢铁材料多，但由于它们与黑色金属材料相比具有某些独特的性能和优点，现代生产中应用日益增多。常用有色金属材料的牌号及用途，见表1。
1.3非金属材料
非金属材料的种类繁多，在工程材料中常用的有工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料和新型工程材料等。其中，新型工程材料有纳米材料、粉末冶金、贮氢合金、形状记忆合金、非晶态合金超导材料等，而纳米材料和粉末冶金在工程上应用日益广泛。
2选择材料的基本原则
2.1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。
2.2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。
2.3零件的尺寸与质量
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。
2.4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。
2.5零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。
2.6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。
3机械设计中金属材料应用的注意事项
3.1机械设计中金属材料应用的经济实用性
在机械设计制造过程中，材料的应用是一项重要的内容，而在材料应用当中，机械设计工程师要明白机械设计的最终产品一定要满足经济实用性的要求，这一点也与材料的使用与材料的加工工艺有莫大的关系。首先，机械设计工程师要在选择加工工艺之前对设计进行综合性的评价，并且，机械设计者还要对市场有一定的了解，要十分熟悉市场上的各种材料的加工工艺、加工面临的问题及解决策略、材料的性能、材料的价格、设计实现的可能性等等各方面的知识储备要求。并能根据这些构造出自己的机械设计蓝图。其次，我们的设计人员应该在加工工艺确定的前提下进行金属材料的选择工作，以求可以使生产设备的实用性得到保证。我们都知道，金属设备的生产一般都会涉及到诸如铸造、生产、装配、焊接等各式各样的加工工艺，并且，每一种加工工艺，对所选材料的要求也不尽相同，因此，我们一旦确定所要使用的机械加工工艺之后，基本上我们在机械设计中的金属材料选择便会受到限制，几乎不会再有更多的可选择性。在现实情况下，金属材料中的碳素钢与合金钢材料具有非常好的加工性能，并且还由于这两种材料在价格与性价比上所具有的其他类金属材料不具有的优点，所以在机械设计中，它们是非常受欢迎的两种金属材料。但是，由于碳素钢具有韧性不足的缺点，所以不能够加工一些中等的型材，在实际操作中，我们往往会在其中加入一些适宜的成分来创造出有更优良的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性的合金钢以求可以提高这种金属材料的实用性能。
3.2机械设计中金属材料应用的环保性
我们在机械设计中应用金属材料时，要注意环保性能的体现。我们在此基础上对材料选择时要考虑以下方面：第一，我们要优先选择加工过程中污染小的材料。我们要始终坚持可持续发展的理念，即选择的这种材料不能或者极少地出现加工过程中废料多、废气多的情况。我们还需要在实际加工过程中选用在热轧与冷轧状态下可以达到提升性能与寿命的材料，以求可以规避污染大这一弊端。第二，我们还要在实际选取材料过程中注重可再生、可回收材料的选择。这样一来，不单单可以减少经济开支，还可以达到环保的目的。第三，我们在金属材料应用时要注重选用危害性小或者无危害性的新型材料。在选材时要尽量选择如金属泡沫之类的无毒害的新型材料，以减少对人体与环境的损害。
3.3机械设计中金属材料应用的节能性
我们在机械设计中应用金属材料时还需要注意节能性能的体现。选材要以降低资源消耗与资源浪费为目标。我们在实际选择中要注意选择热处理工序少的金属材料，因为不同材料的理化性质不一样，所以在加工处理中所能承受的具体环节也不一样，如果可以实现工序的减少，那么，便可以降低能源的消耗，实现经济效益与节能环保的同步发展。
结语
材料选择是一个复杂的技术经济问题，机械设计人员只有在掌握材料的分类、牌号、性能及应用范围等基础上，拟订出几个材料备选方案综合比较，兼顾性能要求、热处理方式、加工工艺性与经济性后进行优选确定，通过不断地积累经验才能在机械设计选材时熟能生巧、事半功倍。
参考文献：
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[2]李宗义，黄建明.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2017.
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