机械制造中金属复合材料的应用分析

机械制造中金属复合材料的应用分析

发表时间：2019-05-20T15:35:49.313Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：赵帆郭衍臣

[导读] 随着当前机械设备制造的需求与日俱增，金属复合结构材料由于其性能优势，被广泛的应用到了机械制造过程中，并取代了传统金属材料。成为现代化的机械制造业中最为理想的加工材料。

北京航天动力研究所北京市 100076

摘要：最近几年以来，尽管机械制造行业中机械零部件、操作系统等获取了一定的进步，但依旧具有较多不足，譬如各大机械配件依旧选择传统钢材，阻碍了该行业发展。就金属复合材料而言，其具备协调性好、强度高等特性，具备传统金属材料无可比拟的优点，将其应用到机械制造中能获取更好效果。基于此，此次研究对机械制造中金属复合材料的应用进行了探索、讨论。

关键词：机械制造；金属复合材料；应用分析

引言：

机械制造业是一个国家最基础的行业，也决定国家的制造业的整体水平。近年来在工程机械制造业中，机械零部件、机械操作系统等设虽然一直在改进和提升性能，但仍然存在许多薄弱环节，长期以来各种机械配件大多使用传统钢材，其缺点也在使用过程中暴露无遗，但近年来兴起的金属复合材料大行其道，由于金属复合材料在性能方面的协调较高，拥有传统金属材料难以拥有的优势，金属复合材料以其强度高、质量小等优点在机械制造过程中被广泛运用。现今的金属复合材料可分为功能型和结构型材料两种，前者耐磨、耐高温性极好，普遍用于机械工程中的零部件制造方面，有利于增加机械零部件寿命，保证工件质量的；而后者则由于其质量小、强度大等优势在机械设备制造中得到了很好的应用，对降低机械设备的重量十分有效，极大的提高了机械制造行业的工作效率]。随着当前机械设备制造的需求与日俱增，金属复合结构材料由于其性能优势，被广泛的应用到了机械制造过程中，并取代了传统金属材料。成为现代化的机械制造业中最为理想的加工材料。

1机械制造业中的金属复合材料

金属复合材料属于复合材料之一，是经由复合技术或者多元化学、力学性能不一的金属材料于界面中冶金，产生金属复合材料，较之一般金属材料而言，其具备更好的磁性、耐磨损等性质。并且，金属复合材料类型众多，在较多领域均有被应用。就应用在机械制造中的金属复合材料而言，主要有以下几种。

1、不锈钢复合钢板。不锈钢复合钢板属于金属高效节能材料，碳钢是其基体，且其对不锈钢、碳钢材料的优点进行了有效体现。就不锈钢特性优势而言，该材料不但具备较好的耐腐蚀、耐磨性，还存在较强的装饰性；就碳钢的特性优势而言，该材料具备较强可焊性、导热性，且具备一定的拉伸性，易成型。故而，不锈钢复合钢板可视为多功能材料，并且其还能缩减镍铬合金用量，节省成本，在机械制造中的应用优势极为显著。

2、金属粒塑料复合结构材料。此类材料主要通过金属粒和塑料组成，较之传统金属材料而言，其具备更好的应用价值，能够有效提升传统金属材料的导电及导热性，缩减线膨胀系数，且质量小、强度大，位于机械制造中具备极为宽泛的运用。

3、碳纤维石墨纤维复合结构材料。此类材料属于新型金属复合材料，是经由有机纤维热处理产生，因碳纤维具备较好含碳量，热处理期间和人造化学纤维互不相容，故通常选择石墨化工艺等予以加工。此类材料具备较好劲度、强度与刚度，重量大，耐磨性、润滑性较好，线膨胀系数小，兼具多项优势于一身，位于高新机械制造技术中具备极为宽泛的运用。

4、弥散强化复合结构材料。此类材料位于机械制造业中有被大面积运用。具体而言，弥散强化即位于均匀材料中掺杂硬质颗粒材料的方式，属于强化的最佳方式之一。金属基体中具备高度分散且细小的第二相质点，经由此对材料基体强化便能获取弥散强化复合结构材料，此类材料具备较好的耐热性，能大幅提升机械设备的耐热性和强度，位于机械制造业中具备显著效用。

2机械制造中金属复合材料的具体应用

就机械制造中金属复合材料的应用而言，具体可从以下几个方面体现。

1、冲压模具制造层面。选取冲压模具材料期间，需依照工作条件的差异选取和其对应的材料，需将冲压模具的要求为基础。冲压模具材料具体囊括冲裁模、冷挤压模、拉伸膜材料三种，工作条件针对各大模具材料所提出的要求均不相同。模具制造期间，针对原材料所提要求极为严苛，模具材料需承受较强冲击、拉升或者振动等，同时还需具备较强的耐高温性。当前，冲压模具的时候多选取钢材为核心制作材料，因碳素工具钢加工塑形较为便捷、性价比好，故选择碳素工具钢的机械制造厂极多，但其承载力不足，故冲压模具零部件期间不宜使用。而金属复合材料的出现能够有效解决上述问题，特别是金属粒塑料复合结构材料，其质量小、强度大，位于冲压模具制造方面，能大幅提升机械设备的耐热性、强度。当前，通过碳纤维石墨纤维复合结构材料组成的耐烧蚀材料，位于航天器机械等模具制造方面获取了大面积运用。

2、机械零部件制造层面。金属复合材料在机械零部件制造方面具备极为宽泛的运用，其应用优势可从低膨胀系数、高疲劳极限这两点上体现。机械零部件制造期间，具备极为严格的原材料选择标准，不但需规避零部件工作期间突然失效，还需延长机械运用时间，缩减机械磨损。故而，切实选择机械零部件原材料期间，需基于机械零部件工作环境、要求适当选择。就以往的金属材料而言，在机械零部件制造方面具备热膨胀系数高、强度低等缺陷，故能应用金属复合材料处理上述问题。就锤式破碎机而言，以往的锤头所用材质为

ZGMn13，耐磨性差，使用时间不长，且需要多次维修，而应用高铬烙铁、高锰钢低合金制造双金属复合锤头，借助两者优势，可大幅提升锤头承受冲击负荷的能力。虽然价格较之传统高锰钢锤要贵，但耐磨性更优，可获取较好效益。并且，较之以往的金属材料而言，金属复合材料具有极强的综合力学性能，且本身享有导电性、耐磨性好等优势，且在外压强不发生变化时温度增加，体积不易变化，不存在过度膨胀的情况，此类特性均能防范机械零部件制造结束后零件失效，并增加机械设备的使用时长，缩减后续的检修和维护，譬如经由碳纤维、玻璃纤维制作的金属复合材料片弹簧，刚度、承载力较之一般弹簧要高出5倍，更具实用性。

3、航空器示范性构件和气体涡轮发动机制造。硼/铝已经用来加工成结构用的示范性构件和气体涡轮发动机。金属基复合材料的技术水平有了迅速的提高。起初主要考虑使用复合材料来减轻重量,而最近的要求则是减少系统的采购和操作成本,这一要求的重要意义已超过了