非標機械設計的物質基礎：材料選用與熱處理工藝
機械設計，本質上是將力學構思賦予特定物質形態的過程。材料的選擇與后續的熱處理等改性工藝，直接決定了零件的強度、硬度、耐磨性、韌性、耐腐蝕性以及加工性，是設計意圖能否在實際工況中得以實現的物質基礎。在非標機械設計中，面對多樣的功能需求和復雜的服役環境，合理選材與制定熱處理要求，是設計師必須掌握的關鍵技術環節。
材料的選用需進行多維度綜合考量。首先是功能要求：承載件（如機架、軸承座）需關注強度與剛度，常選用Q235、45鋼或鑄鐵（HT250）；運動摩擦副（如導軌、滑塊、齒輪）要求高耐磨性，常選用軸承鋼GCr15、低碳合金鋼20CrMnTi（滲碳淬火）或工具鋼；需要減重或耐腐蝕的場合，則考慮鋁合金（如6061、7075）或不銹鋼（如304、316）。其次是工藝性：復雜的箱體類零件可能選用易鑄造的鑄鐵或焊接性好的低碳鋼；大批量生產的標準件為提升效率可能選用易切削鋼。再者是成本控制：在滿足性能的前提下，優先選用常見、經濟的材料，并考慮材料的利用率。
然而，許多材料的優良力學性能并非天生具備，需要通過熱處理工藝來“”和優化。熱處理是通過控制加熱、保溫和冷卻過程，改變金屬內部組織結構，從而獲得所需性能的工藝。對于非標設計師而言，無需精通金相轉變的微觀細節，但必須清楚常用熱處理工藝所能達到的宏觀效果及其在圖面上的標注方法。
淬火能顯著提高鋼的硬度與強度，但會增大脆性，常用于工具、模具及要求高耐磨的零件，材料多為中高碳鋼。回火緊隨淬火之后，旨在消除淬火應力、降低脆性、獲得所需的綜合力學性能，不同的回火溫度可獲得不同的硬度與韌性組合。調質處理（淬火+高溫回火）能獲得優良的綜合機械性能（高強度與良好韌性的配合），廣泛用于重要的軸類、連桿、齒輪等零件，常用材料為45、40Cr等。
表面熱處理則針對零件“表里不一”的需求。表面淬火（如感應淬火、火焰淬火）僅使表層硬化而心部保持韌性，適用于既需要耐磨表面又承受沖擊的零件，如齒輪齒面、導軌工作面。化學熱處理如滲碳、滲氮，能將碳、氮等元素滲入低碳鋼或合金鋼表層，大幅提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度，同時保持心部韌性，適用于高速重載齒輪、精密主軸等。
設計圖紙上，需明確標注熱處理要求，如“調質處理HB220-250”、“齒部高頻淬火HRC50-55，淬硬層深0.8-1.2mm”、“整體滲碳淬火，表面HRC58-62”。這直接指導著后續的工藝安排。明智的材料與熱處理組合，能以合理的成本，使零件在恰當的部位獲得恰當的性能，是設備可靠性與壽命的重要保障，彰顯著設計師對制造全流程的深刻理解。