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摘 要：本文阐述了机械设计中常用材料的主要性能，详细分析了机械设计过程中材料选择的原则，为提高机械产品零部件的使用性能，使用寿命，降低机械产品的制造成本提供参考。
关键词：机械设计；常用材料；选择；研究
0引言
随着机械制造业的不断发展，工业化及信息化的不断融合，各种专用的自动化生产线代替了大量劳动力，生产制造业逐渐往自动化化、智能化方向发展，各种非标机、电、液一体化设备广泛的应用在各行业生产线，机械产品的设计量不断增多，设计要求不断提高。机械产品零部件的使用性能及使用寿命直接关系到企业的生产效率及生产成本。据统计，新机械产品大多数故障都是因为材料选取不合适造成的，因此，机械材料的选择是机械设计的关键步骤。材料选取的科学性直接关系到机械产品的使用性能、生产成本及稳定性，同时不能造成环境污染及人体伤害，是机械设计过程中需要关注的重要内容。
1 机械设计常用材料
1.1金属材料
机械行业常用材料包括金属材料（铸铁、钢、铜合金）与非金属材料（陶瓷材料、高分子材料及复合材料等）。材料选取前应充分了解各种材料的成分及使用性能。
1.2非金属材料
常用的非金属材料进性能如表1所示
表1常用非金属材料及性能
3 选用材料的一般原则
机械设计过程中，材料的选择与其使用性能及使用寿命有直接关系，零部件材料选择时要充分考虑以下几个方面。
3.1 材料的工况特点
零部件在特定的工况下能达到的功能及寿命是选材的关键，选材时应充分考虑材料的力学性能、物理性能和化学性能等指标。
3.1.1零件受载情况
①脆性材料受力变形较小，适用于静载情况下，对于载荷波动较大情况，应采用塑性材料。
② 对于接触应力较高的零部件，为了避免材料表面发生过大的变形，应选用硬度较高且表面可强化处理的材料。
③对于零件尺寸和重量有限制的场合，适合选用高强度及高弹性模量的材料。
3.1.2零件工作环境
①零部件工作在温度较大或有腐蚀性的环境中，选用的材料应具备防锈或防腐蚀性能。
②零件在高温工况条件下使用时，选用耐热材料。
③摩擦力可作为阻力也可作为动力，当尽量避免摩擦力时，需要选用减摩性能好的材料。需要提高摩擦力时，需要选用摩擦系数大的材料，例如，轮胎。
3.1.3零件失效形式
①连接螺栓等零部件，一般承受拉力和剪力，主要失效形式是变形和断裂，选用的材料要考虑强度及塑性。
②传动轴类零件，承受弯矩与扭矩的作用，载荷周期波动，零件多在截面突变的位置发生疲劳破坏，这类零部件需要具有较好的综合机械性能。
③齿轮类零部件，承受周期性的弯矩及压力作用，失效的主要形式是磨损、疲劳点蚀、轮齿折断等，齿轮类材料需要基体具有较高强度及韧性，表面经过热处理得到较高的硬度及疲劳极限。
3.2材料的工艺性能
零件选材应结合现有的加工设备，尽量降低加工复杂程度，降低加工成本，提高成品率。
⑴铸造性能
铸件在机械设备零部件的占比较大，铸钢件、铸铁件品种较多，形状复杂，材料的铸造性能（流动性、收缩性、偏析性等）及零部件的形状直接关系着铸件的铸造质量及强度
⑵锻造性能
材料的可塑性及变形抗力反应材料的锻造性能。材料的含碳量越高，基材硬度越高，毛坯可锻性越差，低碳钢可锻性能优于中碳钢及高碳钢，低合金钢与中碳钢的可锻性类似，铝合金基本上很少应用于锻造加工，铜合金可锻性良好。
⑶焊接性能
焊缝组织成份、焊接质量、焊接应力、焊接缺陷及焊缝强度是焊接件质量的重要衡量指标，碳及合金元素含量越高，材料的焊接性能越差，焊接件的选材应充分考虑焊接性能。焊接性能较好的材料是低碳钢和含碳量0.18%以下的合金钢，中碳钢、高碳钢及含碳量高于0.35%的合金钢焊接性能较差，焊接时需要预热处理，铜合金和铝合金很少作为焊接件使用；灰口铸铁不能焊接。
⑷切削加工性能
材料的切削性能一般通过刀具耐用度、切削力大小、切削温度高低、面粗糙度、加工硬化、残余应力、断屑性能进行衡量，铝、镁合金硬度较低，非常容易切削加工，易切削钢、切削加工工艺性较好，45钢、灰口铸铁、85 钢（ 轧材） 、2Cr13 钢调质切削加工性能一般。1Cr18Ni9Ti、W18Cr4V 钢、65Mn钢调质、不锈钢、耐热合金、钴合金难切削加工。
⑸热处理性能
金属零部件很少直接使用基材的本身性能，大多需要经过热处理提高表面强度、硬度、耐磨性或疲劳强度。金属材料的淬透性、开裂倾向、热敏感性、抗氧化性、脱碳倾向、回火脆性及变形等因素决定热处理后的产品质量。
4.结论
零部件的选材与机械产品的使用性能与寿命有直接关系，选材过程中应充分考虑零部件的工况特点及加工工艺性能。同时，考虑材料的经济型，控制产品的制造成本。另外，零部件的选材还要考虑对环境的影响及新材料的選用。提高机械设计过程选材的正确性，兼顾经济及环保性。
参考文献：
[1]高鹏，韩伟.金属材料在机械设计中的选择与应用分析[J].世界有色金属，2018（21）：29-30.
[2]文宏.矿山机械产品设计中复合材料的选择与应用[J].世界有色金属，2018（09）：254+256.
[3]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018（08）：81+83.
[4]王建国.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].广东蚕业，2018，52（03）：33.
[5]王熙婷.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国新技术新产品，2018（02）：42-43.
[6]袁小伟.关于机械设计中的材料选择和应用探讨[J].机械工业标准化与质量，2017（06）：42-45.
关键词：机械设计；常用材料；选择；研究
0引言
随着机械制造业的不断发展，工业化及信息化的不断融合，各种专用的自动化生产线代替了大量劳动力，生产制造业逐渐往自动化化、智能化方向发展，各种非标机、电、液一体化设备广泛的应用在各行业生产线，机械产品的设计量不断增多，设计要求不断提高。机械产品零部件的使用性能及使用寿命直接关系到企业的生产效率及生产成本。据统计，新机械产品大多数故障都是因为材料选取不合适造成的，因此，机械材料的选择是机械设计的关键步骤。材料选取的科学性直接关系到机械产品的使用性能、生产成本及稳定性，同时不能造成环境污染及人体伤害，是机械设计过程中需要关注的重要内容。
1 机械设计常用材料
1.1金属材料
机械行业常用材料包括金属材料（铸铁、钢、铜合金）与非金属材料（陶瓷材料、高分子材料及复合材料等）。材料选取前应充分了解各种材料的成分及使用性能。
1.2非金属材料
常用的非金属材料进性能如表1所示
表1常用非金属材料及性能
3 选用材料的一般原则
机械设计过程中，材料的选择与其使用性能及使用寿命有直接关系，零部件材料选择时要充分考虑以下几个方面。
3.1 材料的工况特点
零部件在特定的工况下能达到的功能及寿命是选材的关键，选材时应充分考虑材料的力学性能、物理性能和化学性能等指标。
3.1.1零件受载情况
①脆性材料受力变形较小，适用于静载情况下，对于载荷波动较大情况，应采用塑性材料。
② 对于接触应力较高的零部件，为了避免材料表面发生过大的变形，应选用硬度较高且表面可强化处理的材料。
③对于零件尺寸和重量有限制的场合，适合选用高强度及高弹性模量的材料。
3.1.2零件工作环境
①零部件工作在温度较大或有腐蚀性的环境中，选用的材料应具备防锈或防腐蚀性能。
②零件在高温工况条件下使用时，选用耐热材料。
③摩擦力可作为阻力也可作为动力，当尽量避免摩擦力时，需要选用减摩性能好的材料。需要提高摩擦力时，需要选用摩擦系数大的材料，例如，轮胎。
3.1.3零件失效形式
①连接螺栓等零部件，一般承受拉力和剪力，主要失效形式是变形和断裂，选用的材料要考虑强度及塑性。
②传动轴类零件，承受弯矩与扭矩的作用，载荷周期波动，零件多在截面突变的位置发生疲劳破坏，这类零部件需要具有较好的综合机械性能。
③齿轮类零部件，承受周期性的弯矩及压力作用，失效的主要形式是磨损、疲劳点蚀、轮齿折断等，齿轮类材料需要基体具有较高强度及韧性，表面经过热处理得到较高的硬度及疲劳极限。
3.2材料的工艺性能
零件选材应结合现有的加工设备，尽量降低加工复杂程度，降低加工成本，提高成品率。
⑴铸造性能
铸件在机械设备零部件的占比较大，铸钢件、铸铁件品种较多，形状复杂，材料的铸造性能（流动性、收缩性、偏析性等）及零部件的形状直接关系着铸件的铸造质量及强度
⑵锻造性能
材料的可塑性及变形抗力反应材料的锻造性能。材料的含碳量越高，基材硬度越高，毛坯可锻性越差，低碳钢可锻性能优于中碳钢及高碳钢，低合金钢与中碳钢的可锻性类似，铝合金基本上很少应用于锻造加工，铜合金可锻性良好。
⑶焊接性能
焊缝组织成份、焊接质量、焊接应力、焊接缺陷及焊缝强度是焊接件质量的重要衡量指标，碳及合金元素含量越高，材料的焊接性能越差，焊接件的选材应充分考虑焊接性能。焊接性能较好的材料是低碳钢和含碳量0.18%以下的合金钢，中碳钢、高碳钢及含碳量高于0.35%的合金钢焊接性能较差，焊接时需要预热处理，铜合金和铝合金很少作为焊接件使用；灰口铸铁不能焊接。
⑷切削加工性能
材料的切削性能一般通过刀具耐用度、切削力大小、切削温度高低、面粗糙度、加工硬化、残余应力、断屑性能进行衡量，铝、镁合金硬度较低，非常容易切削加工，易切削钢、切削加工工艺性较好，45钢、灰口铸铁、85 钢（ 轧材） 、2Cr13 钢调质切削加工性能一般。1Cr18Ni9Ti、W18Cr4V 钢、65Mn钢调质、不锈钢、耐热合金、钴合金难切削加工。
⑸热处理性能
金属零部件很少直接使用基材的本身性能，大多需要经过热处理提高表面强度、硬度、耐磨性或疲劳强度。金属材料的淬透性、开裂倾向、热敏感性、抗氧化性、脱碳倾向、回火脆性及变形等因素决定热处理后的产品质量。
4.结论
零部件的选材与机械产品的使用性能与寿命有直接关系，选材过程中应充分考虑零部件的工况特点及加工工艺性能。同时，考虑材料的经济型，控制产品的制造成本。另外，零部件的选材还要考虑对环境的影响及新材料的選用。提高机械设计过程选材的正确性，兼顾经济及环保性。
参考文献：
[1]高鹏，韩伟.金属材料在机械设计中的选择与应用分析[J].世界有色金属，2018（21）：29-30.
[2]文宏.矿山机械产品设计中复合材料的选择与应用[J].世界有色金属，2018（09）：254+256.
[3]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018（08）：81+83.
[4]王建国.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].广东蚕业，2018，52（03）：33.
[5]王熙婷.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国新技术新产品，2018（02）：42-43.
[6]袁小伟.关于机械设计中的材料选择和应用探讨[J].机械工业标准化与质量，2017（06）：42-45.