淺談新型金屬材料成型加工技術(shù)

李蘭軍

（甘肅省招標(biāo)中心，甘肅 蘭州730000）

當(dāng)前，新型的金屬復(fù)合材料已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，復(fù)合型材料雖然成本與技術(shù)要求都較高，但其所具有的材料特性相較于普通的金屬材料具有更高的性能優(yōu)勢，成為工程建設(shè)的重要材料。除此之外，更多的零部件制作采用新型金屬材料，也催生了很多先進(jìn)的成型加工技術(shù)。那么在新時(shí)代背景下，究竟如何才能進(jìn)一步存進(jìn)新型金屬材料成型加工技術(shù)的發(fā)展與完善，是當(dāng)前的材料工程師應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 關(guān)于新型金屬材料的綜述

1.1 新型金屬材料的固有特性

新型金屬材料的種類繁多，都涵蓋在合金的范疇之內(nèi)，金屬材料的固有特性包括以下幾點(diǎn)：新型金屬材料具有更好的延展性；新型金屬的化學(xué)性較為活潑；新型金屬具有特有的光澤與色彩等。當(dāng)前應(yīng)用廣泛的新型金屬材料包括形狀記憶合金、高溫合金、貯氫合金以及非晶態(tài)合金等。

1.2 新型金屬材料的加工特性

1.2.1 焊接性

焊接性是金屬成型加工的基礎(chǔ)特性之一，所指是金屬材料通過焊接來完成二次成型并滿足設(shè)計(jì)要求。新型金屬材料的焊接性良好，在焊接時(shí)可以保證沒有氣孔、沒有裂縫等。新型金屬材料具有好的焊接性通常收縮小、導(dǎo)熱性能好。

1.2.2 鍛壓性

鍛壓性對(duì)于金屬的成型加工的關(guān)鍵因素，金屬具有的鍛壓性能夠使金屬在鍛壓的過程中承受塑性變形，并有效緩解沖壓。除此之外，金屬的鍛壓性還會(huì)受到加工條件的影響。

1.2.3 鑄造性

金屬所具有的鑄造性包括收縮性、流動(dòng)性、偏析以及裂紋敏感性等具有相關(guān)性，由于新型金屬材料均為合金，因此其中含有的高熔點(diǎn)元素會(huì)金屬的流動(dòng)性降低，給材料成型加工增加了一定的難度。

2 新型金屬材料成型加工的原則分析

應(yīng)用于工程施工以及企業(yè)產(chǎn)品中的新型金屬材料通常具備耐磨性良好、硬度高的特性，具備這些特性的新型金屬材料能夠滿足工程及產(chǎn)品的成型與質(zhì)量要求，卻也為成型加工帶來了一定的難度。通常情況下，為了保障金屬材料成型加工的質(zhì)量，針對(duì)不同的金屬會(huì)采用不同的加工技術(shù)。例如有些特殊的金屬復(fù)合金屬材料只有通過金屬基復(fù)合材料的纖維性增強(qiáng)，才能實(shí)現(xiàn)成型加工。而其他特殊的新型金屬材料在進(jìn)行成型加工時(shí)需要更加復(fù)雜的技術(shù)，因此，在進(jìn)行二次加工時(shí)要做到因材料的不同而采取有針對(duì)性的技術(shù)，做到具體問題具體分析，從而切實(shí)推進(jìn)新型金屬材料成型加工的實(shí)踐進(jìn)程。

當(dāng)前，新型金屬材料的成型加工通常會(huì)涉及到焊接、擠壓、鑄造、超塑成型以及切削加工等加工技術(shù)，筆者通在實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)，加工過程中的任何一個(gè)小的失誤或者紕漏，都會(huì)對(duì)材料的成型造成一定的影響，因此，在加工之前，一定要對(duì)金屬材料的物理及化學(xué)屬性進(jìn)行深入的、透徹的了解，從而能夠基于其可塑性實(shí)現(xiàn)成型加工，這也是當(dāng)前選擇復(fù)合材料的重要原則與指標(biāo)之一。

3 新型金屬材料成型加工的技術(shù)

3.1 粉末冶金成型加工技術(shù)

粉末冶金法是應(yīng)用于新型金屬材料成型加工中的最早的技術(shù)之一，主要用于制造復(fù)合材料零件、顆粒制造以及金屬基復(fù)合材料中的晶須增強(qiáng)等，且以上成型加工可以通過這一方法直接完成。粉末冶金加工技術(shù)的適用范圍主要是針對(duì)尺寸較小、形狀不復(fù)雜以及較為精密的零件，因?yàn)榉勰┮苯鸺夹g(shù)的優(yōu)勢在于成型制作過程中能夠根據(jù)實(shí)際中的需求來進(jìn)行增強(qiáng)相含量的調(diào)節(jié)，即顆粒含量在半數(shù)以上；制作中的增強(qiáng)相較為精密，且組織更加細(xì)密，除此之外，粉末冶金法還具有界面反應(yīng)少的優(yōu)勢，有效提升了工作效率。例如，美國的DWA公司在設(shè)備支撐架以及自行車架等的制作方面就充分應(yīng)用了這一方法。

3.2 鑄造成型技術(shù)法

鑄造成型技術(shù)法已經(jīng)經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)，成為當(dāng)前最為成熟的鑄造技術(shù)。鑄造成型法能夠滿足筆者在上文中所提及的加工原則，還被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料零件的生產(chǎn)與制作之中。當(dāng)前，隨著實(shí)際加工情況復(fù)雜性的增加，使得鑄造成型法滯后性明顯，具體的參數(shù)設(shè)置以及工藝方法選擇等都必須進(jìn)行改進(jìn)，在成型加工的過程中，流動(dòng)性的增加以及熔體的粘度等都會(huì)受到材料中顆粒增加的影響，除此之外，高溫也會(huì)使材料的化學(xué)屬性發(fā)生變化。針對(duì)以上出現(xiàn)的問題，具體有效的解決方法在于針對(duì)不同的材料成型加工采取熔模鑄造、壓鑄、金屬型鑄造以及砂型鑄造等方法。

3.3 機(jī)械加工鑄造法

機(jī)械加工鑄造法通常利用銑、車、以及鉆等方法進(jìn)行金屬基復(fù)合材料的加工，與其他金屬的加工相同的是在精加工鋁基復(fù)合材料中采用金剛石道具來進(jìn)行成型加工。具體的方法有以下幾種：首先是銑削的方法，具體的材料包括l5%～20%的粘結(jié)劑、聚金剛石刀具以及端面銑刀，在進(jìn)行銑削時(shí)需要先利用切削液來實(shí)現(xiàn)冷卻，并增加銑削顆粒；其次是車削的方法，利用乳化液進(jìn)行冷卻，刀具為硬質(zhì)合金刀具；最后則是鉆削的方法，利用外切削液進(jìn)行冷卻，通常采用PCD鑲片麻花鉆頭。

3.4 電切割技術(shù)法

電切割法是指在成型加工過程中根據(jù)零件形狀的負(fù)極來決定采取怎樣的幾何切割形狀，在材料切割時(shí)利用正極溶解的基本方式來實(shí)現(xiàn)材料的切割。對(duì)于零件成型加工中存在的殘屑以及未溶解的纖維等，可以利用零件與負(fù)極之間的間隙來實(shí)現(xiàn)清洗。與傳統(tǒng)的放電加工法相比，顯著優(yōu)勢在于在介電流液中浸入移動(dòng)的電極線，從而能夠通過液體壓力沖刷以及局部高溫實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的成型加工。利用電切割法進(jìn)行成型加工時(shí)，非導(dǎo)體復(fù)合材料通常會(huì)由于放電效果差而產(chǎn)生一定的影響。如在鋁基復(fù)合材料加工時(shí)，由于切割速度慢以及切口粗糙等問題，就不能沿用傳統(tǒng)的切割參數(shù)。

3.5 焊接技術(shù)法

焊接技術(shù)法作為成型加工的重要方法之一，通常被應(yīng)用于金屬及復(fù)合材料成型構(gòu)建中，例如航天飛機(jī)、汽車傳動(dòng)軸以及自行車等。焊接熔池的流動(dòng)性以及粘度等易發(fā)生變化，并受到增加物的影響。成型加工中，金屬的化學(xué)反應(yīng)通常發(fā)生在基體金屬與增強(qiáng)物之間，對(duì)焊接速度造成了一定的限制，面對(duì)這一問題，通常的解決辦法有以下幾種：首先是基于慣性摩擦，將其中一個(gè)部件進(jìn)行軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)；其次是熔化焊的基本處理方法；除此之外，還可以利用擴(kuò)散焊的方法進(jìn)行焊接。

3.6 模鍛塑性成型法

模鍛塑性成型法在鎂基復(fù)合材料與鋁基礎(chǔ)復(fù)合材料中有廣泛的應(yīng)用，成型法涉及到超速成型、模鍛以及擠壓等方法。利用此方法生產(chǎn)出來的零器件性能好、組織更加細(xì)密。但是在應(yīng)用的過程中需要注意以下幾方面：第一方面是通過擠壓溫度的適度提高，可以對(duì)應(yīng)提高金屬材料的塑性；第二方面是在模具表面進(jìn)行涂層或者使用潤滑劑等實(shí)現(xiàn)摩擦條件的改善，降低材料成型的難度；第三方面則是擠壓速度受到增加物的影響，為了防止零件產(chǎn)生橫向裂紋，一定要控制好擠壓速度。

4 結(jié)語

新型金屬材料作為一種現(xiàn)代化的先進(jìn)材料，擁有更為廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而其所具有的高模量、高韌性以及高強(qiáng)度的特性使其更具生命力。成型加工作為二次加工，涵蓋了金屬學(xué)、物理學(xué)、傳熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科，這就使得在在成型加工時(shí)需要進(jìn)行更加深入的、廣泛的探究。筆者相信，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，通過對(duì)新型金屬材料成型加工技術(shù)的探究，能夠?yàn)榻饘俨牧系膹V泛應(yīng)用提供可能，同時(shí)為金屬產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

［1］候立強(qiáng),郭秋穎.新型金屬材料成型加工技術(shù)分析[J].科技研究,2014(5)：124.

［2］張利民.新型金屬材料成型加工技術(shù)研究[J].科技咨詢,2012(16)：113-114.