随着工业化和全球经济发展的加速，城市化的建设和发展也在不断增长，在这个过程中机械设备发挥着不可或缺的作用，尤其是在建筑工程规模越来越大的背景下，对机械设计的要求也越来越高，而机械化也是社会发展的必然趋势。在机械设计领域中，材料的选择与应用是基础也是核心，对其进行研究是当前各国的主要方向之一。
1机械设计中材料的选择和应用的重要性
在现阶段，我国的制造业已成为世界第一，工业化发展的速度非常快，而在各个产业发展的过程中，对机械设备的利用率越来越高。尤其是作为我国支柱产业之一的建筑工程产业，机械设备是其核心生产要素之一。这样的背景下，我国的机械设计水平进展非常快，而在机械设计中材料的选择和应用直接决定了机械设备的制造质量。科学合理的应用机械材料可以大大提高设备利用率和质量。因此，在当前的机械设计研究过程，应将材料的选择和应用作为工作重点。在选择材料的过程中，不仅必须充分保证材料的实用性和经济性，而且还应尽可能地确保最大程度的保证质量，以及这些材料不会引起其他问题，例如对环境的有害影响和资源浪费等。因此，机械设计中材料的选择和应用对于机械设备的发展而言至关重要。
2工程机械设计中常用的材料
2.1金属材料
在建筑工程机械设计中选择使用的材料中，最为常见的材料是金属材料，而金属材料中最为常用的是钢材料和铁材料，使用这两种材料的原因主要是因为钢和铁具有相对较高的强度和韧性，并且价格便宜并且资源较为丰富。此外，可以通过在钢和铁中适当添加其他金属制造合金来满足机械设计的要求。金属材料是目前建筑工程机械设计中的主要材料。
2.2高分子材料
随着我国科学技术的发展，高分子材料逐渐出现在人们的生产和生活中，由于高分子材料有非常多的独特性质和优势，因此在工程机械设计中应用越来越广泛。最常用的高分子材料是我们生活中随处可见的塑料和合成纤维等。高分子材料的延展性非常好，且来源广泛、生产规模大、生产成本低，因此得以在各行各业中广泛应用。但是高分子材料具有不易分解的问题，在近年造成了严重的环境问题，因此提高其环保性是未来的主要研究趋势之一。
2.3复合材料
复合材料是将两种或者多种材料通过一定方式组合成的新型材料。符合材料一般情况下兼具其组成材料的优点，因此，复合材料的成本较高，但是可以满足工程机械设计中的一些特殊构建的要求。复合材料更具组成的不同主要分为金属材料和非金属材料等，最常见的金属复合材料是合金，而非金属复合材料最常见的有树脂等。
2.4陶瓷材料
二氧化硅是陶瓷材料的主要成分，因此陶瓷材料的耐磨性非常出色，而且耐腐蚀性较好，且硬度高、密度低、质量轻。在工程机械设计中，陶瓷材料主要用于密封件的设计和使用，但是陶瓷材料的脆性较高，受到撞击易损坏，且制造成本较高。
3在工程机械设计材料选择和应用的基本原则
工程机械设计在选择和应用材料时，必须从不同的角度检查材料的性能。选用的材料不仅要满足机械使用的实际需求，而且经济实用，不会对人体造成伤害。此外，利用可回收材料以充分促进工程行业的可持续发展。
3.1经济与实用相结合的原则
在工程机械设计材料选择和应用中首先要注重经济性和适用性相结合的原则。在机械设备制造过程中，需要多个制造环节和工艺，不同的制造工艺对材料的要求不同，比如锻造、焊接、切割等工艺对材料的要求完全不同，这就需要选择经济实用的材料避免浪费和性能不符合相关要求。例如，焊接过程需要机械材料的接头以完全匹配焊接的灵敏度和特性。工艺锻造所需的材料必须完全满足冲压、吸气和锻造后冷却的要求。此外，在机械设备使用期间，每个组件的操作条件都不同，从而导致对材料的要求不同。一些零件需要具有耐磨性和耐腐蚀性的材料。这就要求设计人员充分考虑材料的一般特性，选择实用性较强的材料。因此，有必要选择符合相关标准的机械材料。在机械设计过程中，为了保证机械质量，对材料的要求很高。在选择材料时，过分注意材料的质量，而忽略了它们的成本效益，这会给设备的销售带来很大的困难。因此，设计人员在选择材料时必须充分考虑用户的实际情况。在性能相同的材料中，选择成本较低的材料，注意材料的经济性，满足不同经济水平的用户的需求。在机械制造过程中，加强对制造过程所有部分的监督，以确保材料的有效利用，确保机器的质量优化机器制造过程并最小化成本，从而控制机器的价格，并为社会提供优质廉价的机械设备。实现科学节省成本，保证机械设计的长期发展[4]。
3.2全面贯彻可持续发展理念
近年来，我国社会快速发展的过程中，对环境造成了巨大的持续破坏，我国乃至世界的不可再生资源正在逐渐枯竭，环境污染已经威胁到了我们的生存。因此，在选择和应用机械材料的过程中，必须坚持环境保护和可持续性的理念，选择材料时，要使机械设计满足相关的应用要求，并充分发挥材料的潜力，达到节约资源的目的。在材料的选用中要注意材料的环保型，避免对环境造成破坏，选择的材料必须符合国家和有关部门制定的标准，以实现真正的可持续发展。
3.3优先使用新材料原则
材料科学的进步使近年来不断有新型材料出现，与传统材料相比，新材料在性能、价格和可用性方面都具有较大优势。使用新材料开发的机械产品成本效益。比较高。因此，机械设计之中要优先选择新材料，有效地提高机械产品的利润率，并最大程度地提高机械设备制造的质量。
3.4注意材料的荷载能力
在工程机械设计过程中，很多设备的内部构造非常复杂，很多零件都需要荷载一些重量，这就要求材料具有一定的荷载能力。这些零件的荷载能力直接影响机器的整体质量，如果荷载力不足，在使用过程中容易断裂。因此，在选择材料的过程中，应注意其荷载力的研究。首先，在选择用于机械载荷组件的材料时，有必要分析各种材料的允许载荷以获得载荷参数，并应根据机器的实际需求进行选择[4]。其次，需要改进荷载部件的制造工艺，升级生产流程，以提高生产效率并避免浪费资源。最后，必须严格控制生产过程。在制造过程中发现问题，需要及时解决以确保荷载部件的质量，提高工程机械的整体质量。
4工程机械设计中的材料选择和应用
4.1明确机械设计要求
在工程机械设计中材料的选择和应用一定要明确机械设计的要求，清楚机械设备的使用环境与性能要求，明确设计细节。由于机械在使用过程中由于使用环境不同，对性能的要求也不同，因此材料的选择也不同，因此，工程机械设计一定要集合零件的应用条件，综合分析各种影响因素，并对不同的材料进行比较选择，最终选择合适的材料进行应用。在材料环境应用分析中，可以使用计算机分析软件，将材料参数、环境参数以及其他影响参数输入其中，通过计算机模拟实际应用情况以实现对材料的合理选择。
4.2做好材料性能分析
不同材料的性能不同，其应用条件也有所不同。机械工程设计中材料的理化性能分析尤为重要，物理性能分析主要指的是材料的硬度、密度、导热率、导电率以及熔点等物理指标;化学性能分析主要指的是材料的耐酸性、耐碱性、抗氧化性以及化学稳定性等。一般情况下工程机械设计的材料的理化性能选择要与工作条件相匹配，尽量选择硬度高、耐腐性好、抗氧化性强的轻质材料。除理化性能之外，工程机械设计选择材料要要注意材料的机械加工性能，这是由于在机械设备制造过程中要进行多次工艺加工，因此机械加工性也决定了材料的应用情况。机械加工工艺主要包括焊接、锻造以及切割等，根据不同的工业不同的材料其易加工性也有所不同，需要更具实际应用条件尽量选择成本低和易加工的材料。
4.3选择合适的加工工艺
工程机械设计中，加工工艺也是材料选择和应用重要参考之一。合适的加工工艺可以有效保证材料顺利的进入生产之中，成为机械设备的一部分。因此，机械设计时要对各种机械的加工工业进行确定，制定完成的加工方案。比如在钢结构加工时，首先要分析钢的热处理，热处理又分为多种加工工艺，比如淬火、退火、氮化等。如果机械材料的硬度高，则不利于切割和生产，则需要通过退火适当降低硬度，以使切割顺利进行。而如果需要在机械构建的表面体现出不同的特性或者提高其一些性能，比如耐腐蚀性、耐热性以及硬度等，可以通过氮化处理以加强。
4.4尽量选择环保材料
实际上，不仅在材料的使用过程中需要低能耗，环保的材料，而且在材料的整个生命周期中必须贯彻这一原则。这就要求在机械设计时就要考虑尽量使用环保材料，在使用阶段尽量降低能源消耗以及对环境造成的影响，并且要确保在使用寿命到期后可以较好的回收再利用。但是环保材料通常在制造期间短期投入较大，体现的是长期效益，这一定程度上影响了这类材料的应用。所有应该将机械设计的材料设计作为一个长期规划工作来看，考虑整个材料应用周期的效益，而不是短期效益。
结语
在现阶段，我国工程机械设计在材料选择上仍然存在许多问题，比如材料的选择不科学，选择的材料不符合要求等。不同材料的选择将直接决定机械设计的最终质量。因此，选择材料时，必须注意实用性、经济性和环境保护，全面贯彻可持续发展的理念。科学的材料选择应基于其使用价值、经济价值和环境价值，从而最大程度地提高机械设计的价值。
参考文献
[1]张娟娟,唐慧敏.机械设计中的材料选择及应用[J].科技展望2017(03).
[2]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).
[3]徐荣刚,肖金健.论化工机械设计中的材料选择和应用[J].化工管理2017(24).
[4]刘玉成.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].工程技术:引文版,2016,(26):202.
《机械设计中材料的选择和应用分析——建筑工程领域》来源：《中国住宅设施》，作者：孙逸飞
