一種金屬基體和硬質材料的複合耐磨產品的擠壓成型生產方法與流程
2023-05-29 09:56:41
本發明涉及一種耐磨產品的生產製造，尤其是涉及一種金屬基體和硬質材料的複合耐磨產品的擠壓成型生產方法。
【
背景技術：
】
工業領域中使用的耐磨材料與耐磨產品通常分為金屬材料與硬質材料兩種，金屬耐磨材料塑韌性良好，適合要求耐磨產品具有一定的塑性變形能力，尤其是具有較大衝擊力的工況，但由於生產技術和生產成本的原因，目前市場上使用的金屬耐磨材料或者金屬耐磨產品的耐磨性具有局限性，在大多數磨損嚴重的工況使用壽命極短，嚴重的影響了生產企業的生產連續性及維護成本的控制；而硬質材料（尤其耐磨陶瓷材料）的性能恰好與金屬耐磨材料相反，其本身具有的高耐磨性基本可以抵抗工業生產中的各類磨損，但因其脆性大，無塑性變形的特性限制，不能使用在具有衝擊或需要一定塑性變形的工況。為了解決耐磨性與塑韌性的矛盾問題，出現了將金屬耐磨材料與硬質材料進行複合的工藝，輸出了各種耐磨複合材料與複合製造工藝。
但由於金屬與硬質材料物理與化學性質的差異，使兩者有效的熔合在一起是非常困難的，因為大多數常用金屬耐磨材料與硬質材料不具備相互浸潤性，即使有個別金屬可以與硬質材料浸潤，但由於這類金屬的耐磨性有限及製造成本超高，不適合產業化推廣。而從複合工藝上分析，目前國內有專注研究金屬與硬質材料熔合技術，但同樣存在較多問題，硬質材料在金屬耐磨材料的基體內完全包裹熔合工藝，成型後的產品內有大量空洞，隔離帶、裂紋等製造缺陷，而在此情況下受到衝擊時極易因缺陷擴展而使整個產品斷裂失效；而硬質材料在金屬耐磨材料的表面複合是可以解決內部缺陷的問題，但由於金屬基體材料想要獲得較好的耐磨性必須經過熱處理工藝，而在表面的硬質耐磨材料由於自身的熱膨脹係數與收縮率較低，在急冷與急熱的條件下極易開裂破碎，不能起到耐磨的作用，使整體產品不能適用於熱處理工藝，也就不能提高基體的耐磨性，從而極大的降低了此類複合產品的使用壽命。
【
技術實現要素：
】
本發明的目的在於提供一種金屬基體和硬質材料的複合耐磨產品的擠壓成型生產方法，旨在解決現有技術中金屬基體和硬質材料複合而成的耐磨產品抗衝擊性和耐磨性能不佳的問題。
本發明是這樣實現的：一種金屬基體和硬質材料的複合耐磨產品的擠壓成型生產方法，包括如下步驟：
A. 金屬基體材料準備：將帶裝配部件的金屬基體材料準備好，加熱到塑性溫度待用；
B. 硬質材料布料：將硬質材料放入裝配部件，得到布好料的半成品；
C.成型準備：將布好料的半成品通過加熱方式升溫至金屬基體材料具有可塑性變形的塑性溫度；
D. 加壓成型：使用壓力設備或工藝對已加熱至塑性溫度的半成品加壓成型，得到複合耐磨產品。
本發明的進一步技術方案是：步驟A中所述金屬基體材料是採用機加工、鑄造、鍛造、衝壓、焊接方式中的一種或多種方式進行成型，所述裝配部位是通孔、沉孔、直孔、錐孔、直槽或斜槽中的一種或多種。
本發明的進一步技術方案是：對所述步驟D獲得的複合耐磨產品進行熱處理。
本發明的有益效果是：由於採用擠壓工藝，利用兩種材料常溫或高溫條件下的塑韌性與抗壓強度的差異，使一種材料通過壓力進入另一種材料基體內的方法，同時在壓力的保證下，基體材料內部的緻密度不斷增加，可以緊密的包裹住壓入的另一種材料，不但消除了空洞、裂紋等缺陷，消除了潛在的失效問題，而且對細化基體晶粒度起到一定的作用，為同時提高基體材料的強度與塑韌性起到重要作用；被壓入的材料尤其是硬質材料由於有基體材料的保護，在遇到急冷或者急熱的情況下，溫度導入至被壓入材料時是緩慢升溫或者降溫的，這樣有效的避免了硬質材料的開裂，保證其原有的物理性能（如耐磨性）；從而實現了複合耐磨產品可以實現各種熱處理方式，提高了基體材料的耐磨性，從而整體提高複合耐磨產品的耐磨性，整體提高了最終產品的使用壽命；使用本方法製造的耐磨產品具有高耐磨、高抗衝擊、適用於高磨損等複雜工況，並可以通過工藝控制實現各類形狀與規格的耐磨成品的製造，相對傳統耐磨產品來說可提高其綜合使用壽命。
【具體實施方式】
本發明涉及一種金屬基體和硬質材料的複合耐磨產品的擠壓成型生產方法，包括如下步驟：
A. 金屬基體材料準備：將帶裝配部件的金屬基體材料準備好，加熱到塑性溫度待用；該步驟旨在使金屬基體材料獲得較好的塑韌性，具備較好的塑性變形與軟化條件。可以為硬質材料的布料提供放置區域，同時可以通過控制外形或裝配部件的尺寸來滿足鍛打硬質材料進入金屬基體的有效程度。
B. 硬質材料布料：將硬質材料放入裝配部件，得到布好料的半成品；硬質材料主要指強度、硬度遠高於金屬基體材料的硬質材料，且必須具備耐磨性能，例如金剛石、陶瓷、鑄石、耐磨合金等耐磨材料。
C.成型準備：將布好料的半成品通過加熱方式升溫至金屬基體材料具有可塑性變形的塑性溫度；硬質材料的成型溫度遠高於金屬材料的成型溫度，所以在金屬材料軟化時硬質材料的強度與硬度基本保持與常溫相同的狀態。
D. 加壓成型：使用壓力設備或工藝對已加熱至塑性溫度的半成品加壓成型，得到複合耐磨產品。利用施加壓力使金屬基體材料完全將硬質材料包裹住；壓力控制在硬質材料的抗壓強度範圍內；可通過加壓設備的的行程來控制擠壓力施加在半成品上的力度，保證了硬質材料不會因受到較大擠壓力而破碎；還可以通過鍛模來實現鍛錘限位，以實現控制施加到半成品上的鍛打力度。
步驟A中所述金屬基體材料是採用機加工、鑄造、鍛造、衝壓、焊接方式中的一種或多種方式進行成型，所述裝配部位是通孔、沉孔、直孔、錐孔、直槽或斜槽中的一種或多種。
E. 熱處理: 將擠壓成品進行熱處理，得到複合耐磨產品。通過熱處理，進一步提高金屬基體的性能，從而整體提升複合耐磨產品的性能。
硬質材料（尤指陶瓷材料）基本性能偏脆，無塑性變形能力，同時熱膨脹係數（及受熱後可膨脹的特性）與收縮率（冷卻時的收縮性能）較低，所以在受到急冷或者急熱時硬質材料的內外無法同時快速膨脹或收縮，在內應力增加到臨界值時極易出現開裂破碎的現象，失去其使用性能，這一特性很大程度上限制了很多硬質材料（尤指陶瓷材料）的金屬耐磨產品進行熱處理，最終影響到耐磨產品的整體使用壽命。
而此工藝通過壓力或者鍛造的方式可以將陶瓷緊密包裹金屬基體內，在加熱時陶瓷材料可以不直接接觸熱源，避免急熱接觸，而是可以隨金屬基體導熱的過程中逐步升溫，金屬基體形成了有效的急熱隔熱層，從而實現了緩慢加熱的方式，同樣急冷過程同樣受到保護而進入一個緩慢冷卻的過程，而緩慢加熱與緩慢冷卻可以避免陶瓷材料的開裂與破碎；而且，因為金屬基體材料是在壓力下緊密包裹住了陶瓷材料，技術陶瓷材料出現微觀裂紋也會被包裹禮束縛，不會使裂紋繼續擴展成宏觀裂紋，並不影響陶瓷的宏觀耐磨性能。
所以，此工藝實現了金屬基體材料在熱處理過程中陶瓷材料並無損傷的效果，同時可以大幅度提高金屬基體材料的耐磨性，實際使用過程中金屬基體材料與陶瓷材料均發揮較高的耐磨性，使耐磨產品的整體使用壽命大幅度提高。
通過壓力加工的方式將金屬基體材料與硬質材料複合在一起，通過壓力加工後的金屬基體緻密度提高，晶粒度得到有效細化，而硬質材料又可以有效的包裹在基體材料內，起到關鍵的防磨作用，同時可具備熱處理的性能，整體提高耐磨產品的使用壽命。
將金屬與非金屬材料複合後，不但得到了保留金屬塑韌性且優於金屬耐磨材料的複合材料與產品，同時由於非金屬材料的密度遠低於金屬材料，所以使整體產品實現了輕量化設計，在設備運行時可以大大的降低能耗，為使用企業節省了能耗成本。
該工藝可以利用在傳統製造工藝上，在某個生產環節進行設備的有效改造後，實現利用目前生產線製造附加值更高的產品，例如：在傳統軋制鋼板的生產環節中加入壓力加工的工藝，是硬質材料直接進入軋制的板材中，實現耐磨鋼板的批量生產，從而實現將普通鋼板直接深加工成耐磨鋼板，而耐磨鋼板的市值卻是普通鋼板市值的5-10倍。
該工藝製造的複合材料較大程度上節約了耐磨材料資源的消耗，同時可以利用其它行業的廢料或者邊角料，但依然保持較好耐磨性的廢料回收，用該工藝進行複合，實現資源再利用的節能環保的在循環製造產業鏈。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。