新時(shí)代的金屬材料發(fā)揮新作用
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展搬俊,金屬材料的發(fā)展出現(xiàn)了很多新的特色及增長(zhǎng)點(diǎn)掷贾。一些傳統(tǒng)材料的應(yīng)用出現(xiàn)了新的特點(diǎn),其加工成形技術(shù)也面臨著新的問題户敬。銅材是傳統(tǒng)金屬材料落剪,近年來銅管材,尤其是銅盤管(含內(nèi)螺紋管)和外翅片管在制冷空調(diào)行業(yè)應(yīng)用增長(zhǎng)幅度很大尿庐。目前忠怖,銅合金管材在航海呢堰、電站冷凝管行業(yè)發(fā)展很快。銅材在電子器件行業(yè)出現(xiàn)了新的增長(zhǎng)點(diǎn)凡泣。引線框架枉疼、IC插座、微型銅合金器件需求量猛增噪终。
鎂是地球上第六豐富元素磕泡,我國(guó)儲(chǔ)量占世界很大比例。鎂合金過去主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域痒蛇。近年來在汽車萎括、電子器件、體育器材俺下、辦公用品等行業(yè)應(yīng)用增長(zhǎng)很快巡蛋。過去鎂合金零部件的主要制造方法是壓鑄技術(shù),目前半固態(tài)加工技術(shù)也發(fā)展很快预铁。塑性加工成形技術(shù)近年來引起國(guó)際廣泛關(guān)注嚣赤。
鈦合金有很多優(yōu)點(diǎn),但加工困難簸翠,價(jià)格高违冲,過去主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。目前已在醫(yī)療器械蒋毕、人工骨架略荡、電子器件、體育器材等行業(yè)獲得越來越多的應(yīng)用歉胶,應(yīng)用速度和領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大汛兜,是目前應(yīng)用速度發(fā)展最快的金屬材料。
銅通今、銅合金及微小件加工制造銅及銅合金管材的加工制備技術(shù)銅及銅合金管材的傳統(tǒng)加工技術(shù)是擠壓制坯粥谬,拉拔成形。河南金龍公司上世紀(jì)90年代引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)辫塌,開發(fā)了磷脫氧銅銅管的鑄軋成形與二聯(lián)拉及盤拉組合拉伸技術(shù)漏策。技術(shù)關(guān)鍵包括三個(gè)方面,一是采用連續(xù)鑄造技術(shù)制備管坯臼氨。二是采用行星軋制技術(shù)對(duì)管坯進(jìn)行大變形加工掺喻,獲得大變形組織,消除鑄造缺陷一也,提高管材性能。三是采用二聯(lián)拉喉脖、盤拉組合成形加工空調(diào)用薄壁光管椰苟,然后深加工成外翅片管和內(nèi)螺紋銅管抑月。實(shí)踐證明,銅管鑄軋技術(shù)一方面獲得了極大高效率跷塘,尤其是管坯制備效率極大提高苗鸦,為我國(guó)空調(diào)業(yè)的大發(fā)展創(chuàng)造了條件。另一方面跋共,管材的質(zhì)量也獲得了提高外羽。根據(jù)中科院金屬研究所的研究證實(shí),鑄軋銅管無論組織和性能都不低于傳統(tǒng)擠壓管材絮很,原因是行星軋制使管材發(fā)生了93%以上的大變形量捡奖,管坯的組織和性能獲得了根本的轉(zhuǎn)變,其變形量高于擠壓變形戚绪,而且對(duì)于消除孔洞等鑄造缺陷和減小管材偏心有顯著效果窍蚤。另外根據(jù)用戶的反應(yīng),金龍公司的鑄軋銅管質(zhì)量和性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的擠壓銅管曙辛。
近年來白銅(鎳銅B10夏植、B30)和黃銅管材的需求量很大,并有大量出口移鸣。銅合金管材廣泛應(yīng)用于海洋艦船和電站冷凝管砸捏,并且白銅管有替代黃銅(HA177-1)管的趨勢(shì)。冷凝管的加工主要采用鑄錠-擠壓-皮爾格軋制-拉伸工藝隙赁,技術(shù)比較成熟垦藏,部分牌號(hào)的冷凝管也已可以鑄造空心管坯,經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)行擺式軋制或皮爾格快速軋制鸳谜。
銅箔電解銅箔及覆銅箔板(CCL)作為基材大量應(yīng)用于印刷電路板(PCB)膝藕,或直接用于多層印制電路板的制造。PCB正向著多層化咐扭、薄型化芭挽、高密化和高速化方向發(fā)展。大多數(shù)國(guó)家可以生產(chǎn)70μm和35μm的銅箔蝗肪,少數(shù)國(guó)家具有生產(chǎn)18μm及更蓖嘧Α(12、9薛闪、5辛馆、3μm)的銅箔能力。新型高性能銅箔要求缺陷少豁延、晶粒細(xì)昙篙、低表面粗化度、高強(qiáng)度写掖、高延展性揖岔、更薄序峦。我國(guó)電解銅箔產(chǎn)量每年增加20%,2000年的產(chǎn)量為3萬噸文荚,2004年將達(dá)到3.6萬噸鳍擎,國(guó)際需求量約27.5萬噸。我國(guó)覆銅箔板2000年產(chǎn)量為16萬噸衬械,2002年為19萬噸祷罩,2005年將達(dá)到25萬噸。2001年總產(chǎn)值55億元辙霎,出口創(chuàng)匯3億美元隔抒。
背膠銅箔是銅箔業(yè)的新產(chǎn)品,適宜于細(xì)線路板和微小孔的方向發(fā)展亦誊。鋰電池負(fù)極集流體由銅箔制造卢掖,是銅箔的一個(gè)新的主要用途,一直依賴進(jìn)口傻丝。銅箔在鋰電池內(nèi)既當(dāng)負(fù)極材料的載體甘有,又當(dāng)負(fù)極電子收集與傳輸體,傳統(tǒng)采用壓延銅箔葡缰,隨著銅箔要求越來越薄亏掀,壓延技術(shù)遇到越來越多的困難。2002年我國(guó)需求量為1200噸泛释,每年增長(zhǎng)量將達(dá)到20%滤愕。老體弱鎂合金及其加工成形鎂合金及其應(yīng)用由于環(huán)保和資源的要求,鎂合金近年來獲得了國(guó)際社會(huì)的廣泛重視怜校。鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬间影,密度只有鋁的2/3,還有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)茄茁,例如較強(qiáng)的抗沖擊性魂贬,電磁屏蔽性,因此適合于手機(jī)裙顽、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)外殼付燥、微型錄放機(jī)(MD)的外殼。汽車颅网、飛機(jī)工業(yè)也是鎂合金很有應(yīng)用前景的行業(yè)段卵,近年來發(fā)展很快,尤其是汽車工業(yè)翎憨,鎂合金的用量在持續(xù)增加荤榄,各國(guó)都在研究鎂合金在汽車上的應(yīng)用技術(shù)。
目前,壓鑄技術(shù)是鎂合金產(chǎn)品的主要加工技術(shù)借倘,約占90%以上伺狮。壓鑄技術(shù)比較成熟,有很多優(yōu)點(diǎn)轨凡,例如成本低,生產(chǎn)效率高谋哼,表面質(zhì)量好文紧。但壓鑄技術(shù)的發(fā)展也受到了很多限制,例如鑄造缺陷很難消除缩铸,壁厚不能過薄俭谨,性能難以滿足承載零件的要求,同時(shí)加工過程需要?dú)怏w保護(hù)径筏,產(chǎn)生很強(qiáng)的溫室效應(yīng)葛假。半固態(tài)成形技術(shù)具有一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),獲得了一定發(fā)展滋恬,表現(xiàn)出了一定前景聊训,已有一定應(yīng)用,但還不成熟恢氯。
鎂合金塑性成形技術(shù)是正在發(fā)展的新技術(shù)带斑,在鎂合金加工制造方面表現(xiàn)出了廣闊的前景。目前已可以提供各種擠壓棒材勋拟、管材勋磕、犧牲陽極、擠壓帶材敢靡。板帶鑄軋技術(shù)正在開發(fā)挂滓。等溫成形技術(shù)在航空工業(yè)方面已有一些應(yīng)用。人們正在開發(fā)用于復(fù)雜板件和管件的超塑成形技術(shù)啸胧。
板帶加工制備技術(shù)還不成熟赶站。由于鎂合金板成形技術(shù)困難較大,這方面產(chǎn)品加工技術(shù)不過關(guān)侠森,市場(chǎng)沒有獲得開發(fā)嘱峦,因此人們對(duì)板帶加工技術(shù)的投入也不夠。近年來磺勋,國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)鎂合金板材成形技術(shù)給與了充分重視侍除,這方面研究成果越來越多,同時(shí)對(duì)板帶加工制備技術(shù)也提出了更多更高的要求秉疚〗辏
鎂合金板材零件的加工技術(shù)主要有超塑成形技術(shù)、熱拉深成形技術(shù)和加熱液壓成形技術(shù)。
板材熱拉深的關(guān)鍵技術(shù)是模具工裝的加熱方式艳院、潤(rùn)滑技術(shù)糯侍、模具表面處理技術(shù)等。模具需要預(yù)熱到接近坯料的加熱溫度颠恬,至少150℃洞逼。但凸模不能加熱,甚至要用水冷憾汛,以提高貼膜金屬的強(qiáng)度党饮,以免凸模圓角附近金屬破裂。坯料要加熱到250℃以上驳庭。凹模表面最好進(jìn)行鍍膜處理刑顺,以提高耐磨能力,降低摩擦力饲常。要采用合適的潤(rùn)滑劑蹲堂。對(duì)于一些實(shí)際零件,采用復(fù)合熱鍛成形技術(shù)加工局部形狀贝淤。
非晶鎂合金微小件的鍛造成形是非晶鎂合金的新的應(yīng)用熱點(diǎn)柒竞。日本科學(xué)家已利用非晶鎂合金加工出微小齒輪。由于非晶鎂合金具有超塑性能播聪,在非晶合金的玻璃點(diǎn)附近很容易加工成形能犯,已經(jīng)表現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景。
鈦合金的應(yīng)用及加工鈦合金的民用發(fā)展鈦是強(qiáng)度高犬耻、密度小踩晶、耐高溫、耐腐蝕枕磁、地球上儲(chǔ)量豐富的金屬材料子桩。由于鈦及鈦合金的冶煉和成形加工都相當(dāng)困難,成本很高涉捂,價(jià)格很貴奄刊,多年來基本限于航天、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用渣冒。
近年來饱粟,鈦的冶煉開發(fā)及加工技術(shù)發(fā)展很快,價(jià)格逐漸降低琅瘦,鈦合金在其它民用領(lǐng)域的發(fā)展越來越快掖阶。在醫(yī)療器械、人工骨架領(lǐng)域的應(yīng)用乌诚;在電子器件領(lǐng)域炮疲,如手機(jī)外殼;體育器材領(lǐng)域,如高爾夫球頭精鑄虎叔、鍛造味测;軍工領(lǐng)域,如宇航容器铺坞、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)器件起宽。
鈦合金的各種管材、絲材需求很大济榨,但目前加工需要熱軋等高復(fù)雜裝置和設(shè)備燎含。目前鈦合金的成形方法大多采用機(jī)加工方法,效率很低腿短,浪費(fèi)材料嚴(yán)重。塑性加工成形技術(shù)已是發(fā)展的主要方向绘梦。小批量高性能部件已開始采用等溫鍛造成形技術(shù)和超塑成形技術(shù)橘忱。超塑與擴(kuò)散連接技術(shù)發(fā)展也很快。
TiNi記憶合金的應(yīng)用TiNi記憶合金近年來發(fā)展日趨成熟卸奉,已獲得了多方面應(yīng)用钝诚,例如各種連接件、管接頭榄棵、鉚釘凝颇、連接器、緊固夾疹鳄,衛(wèi)星天線末瘾、溫控元件、電子器件摹钳、集成電路的配線讼舰。醫(yī)用元件:人工心臟、齒型矯正線疲席、整形外科用骨接頭件沦望、止血夾。牙齒矯形絲台古、人工關(guān)節(jié)用自固定桿慨醒、接骨用超彈性TiNi絲、玩具及塑料眼鏡框等盲赚。
在汽車方面也獲得了多方面應(yīng)用阐合,例如豐田汽車采用TiNi記憶合金制成散熱器護(hù)柵活門,冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇膘椿,汽車輪胎防滑釘颤与,可以根據(jù)輪胎溫度自由伸縮。霧燈窗自動(dòng)開閉裝置,電磁閥继找,動(dòng)力裝置遂跟。有些應(yīng)用領(lǐng)域,要求形狀記憶元件在多次循環(huán)復(fù)運(yùn)動(dòng)中對(duì)外產(chǎn)生力的作用婴渡。溫度繼電器和溫度保持器幻锁、自動(dòng)干燥箱、電子灶边臼、熱機(jī)哄尔、衛(wèi)星儀器艙窗門自動(dòng)啟閉、自動(dòng)火警警報(bào)器柠并、熱敏閥門岭接、液氨泄漏探測(cè)器、煤氣安全閥臼予、通風(fēng)管道緊急啟動(dòng)閘門鸣戴、自動(dòng)收進(jìn)煙頭的煙灰盒及人工心臟等都屬于這種應(yīng)用類型。
寬滯后記憶合金管接頭代替深海水下焊接粘拾,施工十分方便窄锅,工程費(fèi)用低,用于空間狹窄不便焊接施工的管路連接奥债,不僅施工方便割对,而且其密封性和承載能力及可靠性均優(yōu)于普通的焊接方面及螺紋連接。用記憶合金制造可拆卸式管接頭窥俊,目前采用制造記憶合金成型套管的方法援漓,Ni-Ti-Nb合金成型套管套在被連接管的管頭上,套管加熱收縮煮泪,堅(jiān)壓在被連接管上形成金屬-金屬密合彼使,然后用一個(gè)螺母壓緊并密封套管的外側(cè)使兩管連接起來。這種可拆卸式管接頭對(duì)于鈦合金管的連接顯得尤為重要激点。過去接馏,需要用內(nèi)鍛法加工被連接管管接頭,是一種昂貴而又不方便的工藝开辫。
銅扇蚯、鎂、鈦三種金屬及其合金近年來應(yīng)用領(lǐng)域獲得了很大擴(kuò)展颤榛,尤其在電子器械柿糖、汽車制造、航海艦船惰瓜、發(fā)電設(shè)備否副、日常生活等領(lǐng)域獲得了很多應(yīng)用汉矿。這些產(chǎn)品的加工技術(shù)亟待改進(jìn)提高。塑性成形技術(shù)是解決這些產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的根本方法备禀,也是降低加工成本的重要途徑洲拇。這些產(chǎn)品的塑性加工技術(shù)還需要進(jìn)行很多深入的開發(fā)研究工作。
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