在机械制造专业上应用复合结构材料

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  1 关于复合结构材料的基本概述

  由于复合结构材料各组成材料在性能方面实现了协调,能够实现单组材料所不具有的优势,例如,复合结构材料具有强度高、刚度大、质量小等优点。

  可将复合结构材料分为功能型材料与结构型材料,前者具有良好的耐磨、耐高温性,适用于机械零部件制造,在保证工件质量的同时,也可适当的增加其使用寿命;而后者则可以很好应用于机械设备制造中,它具有质量小、强度大等优势,有效降低了机械设备的重量。

  2 在机械制造专业上应用复合结构材料

  在制造机械的过程中,应该按照零部件工作环境的不同来确定原材料的选择、工作环境、受力分析和一些特殊的条件等等。

  一方面要保证零部件在工作过程中不能出现失效的情况,另一方面还要尽量的增加其实际使用寿命。下面将对部分复合结构材料的主要性能、特点及用途进行集中阐述。

  2.1 不锈钢复合钢板不锈钢板是由合金元素组成,这些元素也决定了不锈钢板性能的差异;由于这些元素的存在,因此造就了不锈钢板具有极佳的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能,是在钢材里面是最好的。

  不锈钢复合板采用先进的真空轧制工艺,可以确保让不同材质材料之间形成原子结合,结合率可达 100%.不锈钢复合板具有良好的导热能力,又具有防腐蚀功能,可大量用于焦化设备。

  如使用于蒸氨塔,可以提高蒸氨塔的使用寿命,降低运行成本;另外一方面因其防腐性能,又能应用于蒸氨设备。

  2.2 玻璃纤维复合结构材料这种复合结构材料是热固性树脂和纤维的复合,其密度小、强度大、抗冲击性强。收缩性小、耐腐蚀。同时。热塑性树脂和纤维的复合,还具有良好的注射成形和低温韧性。玻璃纤维复合结构材料通常运用到耐腐蚀、耐磨、绝缘、无磁、减磨和普通机械零部件、泵阀、管道和容器当中。

  2.3 碳纤维石墨纤维复合结构材料这种复合结构材料主要是由碳-陶瓷复合、碳-树脂复合等,它具有良好的劲度 - 质量比、强度 - 重量比、比刚度,而且线膨胀系数小、耐摩擦、自润滑性和耐磨损性良好。此外,它还具有很好的耐热性和耐腐蚀性。碳纤维石墨纤维复合结构材料在航空、宇航、原子能等工业中主要使用在压气机叶片、发动机壳体、轴瓦、齿轮、机翼上。

  2.4 硼纤维复合结构材料这种复合结构材料主要是硼和环氧树脂或者铝复合而成,具有良好的比刚度和强度 - 重量比。硼纤维复合结构材料主要应用于火箭、飞机等构件当中,能够有效降低的机械设备的质量。

  2.5 晶须复合结构材料晶须复合结构材料中的晶须为单晶,没有普通材料的空穴和错位等毛病,而且具有很强的机械强度。通产情况下,晶须复合结构材料应用于涡轮叶片当中。

  2.6 石棉纤维复合结构材料石棉纤维复合结构材料主要是纤维和树脂的复合,具有良好的绝缘性、耐磨性、耐热性和耐酸性。石棉纤维复合结构材料主要应用在绝缘材料、制动机械部件和密封件当中。

  2.7 金属粒塑料复合结构材料金属粒塑料复合结构材料主要是将金属掺入到塑料当中,能够有效改善自身原本具有的导电性和导热性,并降低线膨胀系数。石棉纤维复合结构材料主要应用于铅粉加入氟塑料所做的轴承材料当中。

  2.8 陶瓷粒金属复合结构材料陶瓷粒金属复合结构材料能够有效提升机械设备的高温耐磨性、抗腐蚀性以及润滑等性能。陶瓷粒金属复合结构材料中氧化物金属陶瓷主要用于高速切削材料和高温材料当中;而碳化铬则主要应用于耐磨喷、耐腐蚀、高温无润滑、重载轴承的零部件当中。

  2.9 弥散强化复合结构材料弥散强化复合结构材料主要是将尺寸比较小的硬质粒子均匀的分布于金属基体当中,从而极大地提升了机械设备的耐热性和强度值。弥散强化复合结构材料一般应用于强度 - 重量比较高、耐热性良好的工件当中。

  2.10 多层复合结构材料多层复合结构材料主要是指钢 - 多孔性青铜 - 塑料三层的复合,具有良好的耐磨性和抗冲击性。多层复合结构材料通常应用于热片、轴承以及球头座等耐磨件当中。

  2.11 多孔浸渍复合结构材料多孔浸渍复合结构材料主要是指多孔材料浸渍到低摩擦系数的油脂或者氟塑料当中,能够有效降低摩擦力。多孔浸渍复合结构材料一般应用于轴承、油枕当中,而浸树脂石墨则往往用于抗磨材料当中。

  3 在冲压模具的制造上应用复合结构材料

  因为各种各样的冲压模具所处的工作环境有所差异,因而,针对模具材料的要求也不尽相同。我们可以将这些模具材料大体上划分成三种:首先是冲裁模材料的要求;其次是拉伸模材料的要求;第三是冷挤压模材料的要求。对于这些模具制造来说,它们要求原材料能够承受振动、冲击、拉伸、高压、摩擦、扭曲等负荷,甚至还要在超高温条件下完成工作。从当前形势来看,制造冲压模具的材料大部分是以钢材为主,由于碳素工具钢在价格方面相对便宜,并且容易加工塑性,因而它被广泛应用于模具制造当中,然而其红硬性和淬透性较差,在进行热处理时将会发生较大的形变,并且承载能力低,不适用于塑性低、硬度大的零部件制造。例如,硬质合金钢的抗弯强度、韧性差,对于一些需要较强硬度和韧性的机械设备制造就无法满足要求,而复合结构材料在性能方面则具有较强的强度 - 重量比和劲度 -质量比,它能够有效抵抗刃口在工作过程中所受到的各种强烈冲击和摩擦。

  4 结语

  复合结构材料科学是一种包含了诸多行业、领域的新兴学科,由于其具有质量小、强度大、加工便捷、弹性良好、抗化学腐蚀、耐候性好等优势,现已经广泛应用于航空航天、电子、汽车、医学化工等诸多领域当中。近年来,针对新型复合结构材料的设计及其性能的研究与评价获得巨大进步,复合结构材料在材料工业当中所占比例也逐渐增加,因而产业化趋势得到显着加强。伴随科学技术的深入发展,复合结构材料也势必会在更多的领域和行业中发挥越来越大的作用。

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