探索金屬復(fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究

吳振中

摘要：現(xiàn)如今在機(jī)械制造行業(yè)中，機(jī)械制造應(yīng)用的材料決定了機(jī)械制造業(yè)的整體發(fā)展水平，選擇有效的材料對于提升機(jī)械制造的工作效率、推動機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。金屬復(fù)合材料是復(fù)合材料的一種，主要是采用復(fù)合技術(shù)或多種化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬材料在界面上進(jìn)行冶金，形成金屬復(fù)合材料。與普通的金屬材料相比，金屬復(fù)合材料的熱膨脹性、磁性、耐磨損性、斷裂以及沖擊韌性、強(qiáng)度等性能表現(xiàn)更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合結(jié)構(gòu)材料;金屬復(fù)合材料;機(jī)械制造

引言：機(jī)械制造業(yè)一直致力于提升機(jī)械零部件、機(jī)械操作系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備的性能，并不斷在改進(jìn)，作為國家的基礎(chǔ)行業(yè)之一，對于國民經(jīng)濟(jì)的重要性越來越明顯。在機(jī)械制造行業(yè)中，機(jī)械制造應(yīng)用的材料決定了機(jī)械制造業(yè)的整體發(fā)展水平，選擇有效的材料對于提升機(jī)械制造的工作效率、推動機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。金屬復(fù)合材料是復(fù)合材料的一種，主要是采用復(fù)合技術(shù)或多種化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬材料在界面上進(jìn)行冶金，形成金屬復(fù)合材料。與普通的金屬材料相比，金屬復(fù)合材料的熱膨脹性、磁性、耐磨損性、斷裂以及沖擊韌性、強(qiáng)度等性能表現(xiàn)更優(yōu)。金屬復(fù)合材料的種類繁多，應(yīng)用面積廣泛，具體應(yīng)用于機(jī)械制造的金屬復(fù)合材料主要有不銹鋼復(fù)合鋼板、金屬粒塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、碳纖維石墨纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料等。

一、機(jī)械制造業(yè)中的金屬復(fù)合材料

金屬復(fù)合材料屬于復(fù)合材料之一，是經(jīng)由復(fù)合技術(shù)或者多元化學(xué)、力學(xué)性能不一的金屬材料于界面中冶金，產(chǎn)生金屬復(fù)合材料，較之一般金屬材料而言，其具備更好的磁性、耐磨損等性質(zhì)。并且，金屬復(fù)合材料類型眾多，在較多領(lǐng)域均有被應(yīng)用。就應(yīng)用在機(jī)械制造中的金屬復(fù)合材料而言，如下：

1.不銹鋼復(fù)合鋼板

不銹鋼復(fù)合鋼板屬于金屬高效節(jié)能材料，碳鋼是其基體，且其對不銹鋼、碳鋼材料的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了有效體現(xiàn)。就不銹鋼特性優(yōu)勢而言，該材料不但具備較好的耐腐蝕、耐磨性，還存在較強(qiáng)的裝飾性;就碳鋼的特性優(yōu)勢而言，該材料具備較強(qiáng)可焊性、導(dǎo)熱性，且具備一定的拉伸性，易成型。故而，不銹鋼復(fù)合鋼板可視為多功能材料，并且其還能縮減鎳鉻合金用量，節(jié)省成本，在機(jī)械制造中的應(yīng)用優(yōu)勢極為顯著。

2.金屬粒塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料

此類材料主要通過金屬粒和塑料組成，較之傳統(tǒng)金屬材料而言，其具備更好的應(yīng)用價值，能夠有效提升傳統(tǒng)金屬材料的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性，縮減線膨脹系數(shù)，且質(zhì)量小、強(qiáng)度大，位于機(jī)械制造中具備極為寬泛的運(yùn)用。

3.碳纖維石墨纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料

此類材料屬于新型金屬復(fù)合材料，是經(jīng)由有機(jī)纖維熱處理產(chǎn)生，因碳纖維具備較好含碳量，熱處理期間和人造化學(xué)纖維互不相容，故通常選擇石墨化工藝等予以加工。此類材料具備較好勁度、強(qiáng)度與剛度，重量大，耐磨性、潤滑性較好，線膨脹系數(shù)小，兼具多項優(yōu)勢于一身，位于高新機(jī)械制造技術(shù)中具備極為寬泛的運(yùn)用。

4.彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料

此類材料位于機(jī)械制造業(yè)中有被大面積運(yùn)用。具體而言，彌散強(qiáng)化即位于均勻材料中摻雜硬質(zhì)顆粒材料的方式，屬于強(qiáng)化的最佳方式之一。金屬基體中具備高度分散且細(xì)小的第二相質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)由此對材料基體強(qiáng)化便能獲取彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，此類材料具備較好的耐熱性，能大幅提升機(jī)械設(shè)備的耐熱性和強(qiáng)度，位于機(jī)械制造業(yè)中具備顯著效用。

二、金屬復(fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用

1.金屬復(fù)合材料在沖壓模具制造上的應(yīng)用

在選擇沖壓模具材料時，要根據(jù)工作條件的不同來選擇與之相適應(yīng)的材料，要以沖壓模具的要求為準(zhǔn)。沖壓模具材料主要分為三種，一種是沖裁模材料，一種是冷擠壓模材料，一種是拉伸模材料，工作條件對每一種模具材料的要求都有所不同。在模具制造的過程中，對于原材料的要求非常高，相應(yīng)模具材料必須能夠承受住沖擊、拉伸或摩擦拉伸、振動，而且還必須能夠承受住在高溫材料下工作。就目前而言，在沖壓模具時大部分都是選擇鋼材作為主要制作材料，由于碳素工具鋼加工塑形難度較小，性價比也較高，因此運(yùn)用碳素工具鋼的機(jī)械制造廠非常多，但是，碳素工具鋼的承載能力較差，針對沖壓模具零部件時不適用。

金屬復(fù)合材料強(qiáng)度高、硬度大，可以解決碳素工具鋼承載能力較差，在制造硬度較大、塑性較低的機(jī)械零部件時不適用的問題。金屬粒塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料具備質(zhì)量較小、強(qiáng)度較大的特點(diǎn)，在沖壓模具制造上，可以在很大程度上提高機(jī)械設(shè)備的耐熱性與強(qiáng)度值。由碳纖維石墨纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的耐燒蝕材料，在航天器機(jī)械、火箭導(dǎo)彈沖壓模具制造中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其使用溫度高達(dá)1 000℃以上，耐高溫性能極佳，同時，在耐磨性上也比一般的金屬材料高出40%～50%左右。

2.金屬復(fù)合材料在機(jī)械零部件制造上的應(yīng)用

在新材料技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)于金屬復(fù)合材料的研究較多，這也體現(xiàn)了金屬復(fù)合材料的重要性。在機(jī)械制造領(lǐng)域，金屬復(fù)合材料具有廣泛的用途，這主要是由于其具有很多優(yōu)良的特性。在機(jī)械零部件制造上，金屬復(fù)合材料的應(yīng)用也比較廣泛，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在兩點(diǎn)，一是低熱膨脹系數(shù)，二是高疲勞極限。機(jī)械零部件制造時，對于原材料的選擇要求比較高，要能夠防止零部件工作的過程中突然失效，也要能夠增加機(jī)械的使用壽命，減少機(jī)械的磨損。

在進(jìn)行機(jī)械零部件原材料選擇時，要以機(jī)械零部件的工作環(huán)境、工作要求為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理選擇。傳統(tǒng)金屬材料在機(jī)械零部件制造的過程中體現(xiàn)出兩點(diǎn)不足：熱膨脹系數(shù)較高、強(qiáng)度較差，因此，可以選擇金屬復(fù)合材料。以錘式破碎機(jī)為例，傳統(tǒng)錘頭一般使用的材質(zhì)是ZGMn13，耐磨性不足，使用壽命僅為10d左右，而且增加了整個錘式破碎機(jī)的維修次數(shù)。使用高鉻烙鐵與高錳鋼低合金制作成雙金屬復(fù)合錘頭 ，利用前者良好的耐磨性和硬度、后者優(yōu)良的韌性，使錘頭承受沖擊負(fù)荷的能力大為增強(qiáng)。試驗(yàn)證明，與傳統(tǒng)錘頭相比，運(yùn)轉(zhuǎn)率提升了10%左右，而在單位時間內(nèi)的磨損量降低了70%，效果十分顯著。盡管在價格上雙金屬復(fù)合式錘頭的價格是傳統(tǒng)高錳鋼錘頭的2倍左右，但是其耐磨性則是后者的3倍左右，具有良好的效益。和傳統(tǒng)的金屬材料相比，金屬復(fù)合材料具備更佳的綜合力學(xué)性能，而且其自身具備導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、耐磨損性能、阻尼性能優(yōu)良等特點(diǎn)，并且在外壓強(qiáng)不變的情況下，溫度升高，其體積變化較小，不會過度膨脹，這些特點(diǎn)都使得機(jī)械零部件制造完成后可以防止零件工作的時候失效，而且能夠延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少后期的檢修與維護(hù)。例如通過碳纖維與玻璃纖維混合制成的金屬復(fù)合材料片彈簧，剛度與承載力高于普通彈簧的5倍，耐久性、實(shí)用性強(qiáng)。

結(jié)束語：

從長遠(yuǎn)的角度看，金屬復(fù)合材料在這些行業(yè)的應(yīng)用不僅可以提高生產(chǎn)的系數(shù)，更可以降低成本，贏得更多地經(jīng)濟(jì)效益。金屬復(fù)合材料由于其質(zhì)量小、強(qiáng)度大彈性良好、抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域當(dāng)中。近年來我國機(jī)械制造方面針對新型金屬復(fù)合材料性能的研究和運(yùn)用獲得了巨大的進(jìn)步，金屬復(fù)合材料在機(jī)械制造工業(yè)當(dāng)中的運(yùn)用比例也逐漸加強(qiáng)。在大多數(shù)大型企業(yè)的設(shè)備都開始應(yīng)用金屬復(fù)合材料，會使很多的輕工業(yè)從中受益，在與日俱增的激烈競爭中取得更穩(wěn)定的立足之地。

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