新型金属材料在机械制造中的应用

崔金玉

（延安职业技术学院，陕西 延安 716000）

新型金属材料包括记忆合金材料、储氢合金材料、非晶态合金材料等。此类材料在机械制造业应用中产生了重要作用，一方面，提高了工业产品生产制造中的材料利用率，减少了能源消耗；另一方面，可以减少材料使用后的废弃物与污染物排放量。另外，在现代机械制造产业链条中，应用新型金属材料能够实现对材料成本的合理控制，并在总体的产品生产制造过程中达到成本管理目标，扩增可营利空间。所以，从节能、环保、经济以及社会效益的综合角度看，新型金属材料的应用必要性与价值均十分突出。

1 新型金属材料概述

新型金属材料种类多、性能优、功能强，应用范围相对较广。根据现阶段的应用经验看，较有代表性的记忆合金材料具有记忆功能，可以在形变的基础上以金属丝的形态存在。而且，记忆合金材料的变形过程具有可逆性，既能够“变形”，也可以被“打回原形”。在电气工程、航天工程等领域应用相对广泛。需要注意的是，此类材料的功能与其处理工艺密切关联，尤其是高温处理技术的优良，直接决定了其变形后的功能稳定性。反过来，在应用中也要求做好应用温度控制。

储氢合金的优势则体现在环保性能方面。具体而言，该合金材料属于氢化物，能够通过化学反应生成并发生转化。在动力能源中的应用推广，可以较好地提升要素市场在矿产能源市场的资源配置能力。目前应用效果表明，该合金材料的耐高温性能优良，可广泛应用于飞机涡轮发动机、航天设备等方面。

非晶态合金材料的抗腐蚀能力明显，在强度、硬度、电阻率方面优势明显，在电气设备机械制造中的应用效果较好，有利于补足变压器铁芯材料制造方面的短板。

因此，新型金属材料的应用价值，主要体现在其性能及作用方面。比如，现代机械制造中的生产加工环节，耗材多、耗能大，材料功能发挥相对受限。应用新型金属材料后，既能够解决此类棘手问题，提高节能性。也可以在此基础上，根据材料性能的区分与选择，提高其应用环保性与经济性。

2 新型金属材料在机械制造中的应用

2.1 在零部件制造中的应用

机械设备由零部件组成，任何一个零部件发生问题，均会对整体设备造成直接影响，尤其是在制造业向“智造业”转型过程中，设备的封闭性、集成性越来越高，对于零部件的质量要求也逐渐提升。因此，应用新型金属材料后，能够满足转型后加工工艺升级形成的材料性能需求。具体而言，机械零部件在尺寸变化、性能变化、组装方式变化、加工工序变化的情况下，应用新型金属材料，有利于适应这种变化需求。比如，在零部件产品生产制造过程中，借助“互联网+生产制造”改革，已经优化了产业链条，建立了以定制化生产为准的“4+1”模式，形成了以“订单处理—材料运输—生产加工—售后服务”为基本环节的生产制造流程。在此条件下，订单的多样化，导致了生产加工的多样化。常规材料无法满足多样化需求。需要通过选择新型金属材料，提升零部件的多样化生产。由此，也为机械制造业中的零部件生产制造提供了较大的创新空间。此类创新主要体现在外观形态的轻巧化、多元功能的集成化、使用性能的细致化以及广泛的适用性等方面。

2.2 在冲压模具制造中的应用

首先，零部件生产制造的多样化，给冲压模具制造带来了较大压力，扩增了相关资源投入比例。所以，为了化解冲压模具制造中的数量问题、质量问题、再利用问题，现阶段可以选择新型金属材料，利用其强度、硬度、耐热性能、可变形性、可逆性等功能及作用解决此类问题。其次，常态化的冲压模具材料属于冷挤压模、拉伸模材料，此类材料在多样化的零部件生产制造中，无法满足其对模具的实际需要。所以，从材料更新的角度看，新型金属合金材料的应用有助于冲压模具材料的革新，提高其可塑性，进而实现性价比方面的综合效益产出。需要注意的是，用新型金属材料更新或替代冲压模具原有的几大类材料后，既能够满足中央模具冲压要求，也能够在曲面模具、非规则模具冲压方面显示其比较优势。最后，在向“智造业”转型的过程中，数字化加工的频率越来越高，3D 打印的大范围推广应用，虽然未能全面替代冲压模具，但是，从3D 打印的发展趋势看，不能排除其后来居上的可能性。因此在这种转型压力下，即使冲压模具被3D 打印取代，仍然需要新型金属材料作为打印材料。

2.3 在氮化处理中的应用

化学热处理在机械制造中属于常见工艺，其中以氮化处理最为常用。从操作方面看，所谓的氮化处理，主要是“将氮原子加入到机械设备表面”，旨在提升处理后的机械设备性能。比如，钢材料容易受到环境影响而受到腐蚀与磨损，应用氮化处理工艺后，即可以提高其耐腐蚀性与抗磨损性。然而，氮化炉内的氮化处理，也会对机械设备（主要是工件）的形态产生一定的影响，导致处理后的变形、精度受损等问题。为了化解此类问题，可以选择新型金属材料，提高其耐高温能力、抗压能力，使其适应氮化炉内的氮化处理环境，减少工件受损与形变问题。尤其是现阶段的工件尺寸与质量要求相对较高、零部件的工作环境相对复杂，若采用新型金属材料，也能够使其在氮化处理后，以相对精准的形态、尺寸、精度，应用于实际的使用环境之中。

2.4 在生产环境中的应用

机械制造的转型升级属于系统性升级，包括设备改造与更新、生产工艺优化与变更、加工技术研发创新以及厂区内环境整体改造等。因而在实际的机械制造业中，当前的生产环境已经发生了变化，而这种环境的变化特征主要集中于对“极严苛条件”的营建。由此转型，机械制造类企业也增强了对新型金属材料的研发设计投入。具体而言，当前的机械产品的生产制造中，除研发设计之环节之外，其他环节增强了智能性，正在打造“智能工厂”。随着机器人应用数量、应用岗位的增多，“超低温、高温、速变环境、高压、高强度”等生产制造条件限定必然会增加。此时，生产环境的严苛性与材料固有色彩的稳定性、产品色泽的可控性以及其他性能的综合特性，已经形成了密切对应。为了满足这种生产环境需要，则应该注重对新型金属材料的选择。并且，通过对其性能的有效发挥满足现实的生产要求。

2.5 在环保方面的应用

机械产品的生产制造过程中，因处理工艺的增多，增加了诸多污染。比如，化学处理工艺的应用，既会造成残留物污染、反应污染、排放物污染，也会使处理后的产品具有一定的污染性。比如，在冷轧加工、热轧加工实践中，应用新型金属材料可以规避加工中的差异化问题，减少化学处理工艺中产生的有害物。尤其是新型金属材料中的合金材料中，有专门针对环保问题而生产的无污染材料，通过在材料方面的环保控制，也有助于清洁生产与绿色化制造。需要注意的是，新型金属材料在环保方面的应用，一方面，应该注重材料本身的节能性、环保性、经济性；另一方面，需要配套的设置与其材料处理相关联的工艺。尤其是当前产品生产制造中的数据化管理越来越多，应用数据库技术与数据分析技术，有利于对相关化学处理工艺、物理处理工艺、生物处理工艺等进行一些精密计算，从而达到对新型金属材料应用工艺的同步优化目标等。

3 结束语

总之，现代化的机械制造中，一方面，以产品研发设计为主导因素，加大了设计环节的资源配置；另一方面，增强了对材料管理环节的成本控制。由此，形成了以工业设计扩大价值链可营利空间，与严格控制材料成本支出、提高利润率的管控方案。结合以上初步分析，建议在做好成本控制的同时，在新型金属材料的应用中尽量增强对其性能的区分，确保在具体应用中，能够按照零部件制造、冲压模具制造、氮化处理、生产环境、环保等实际应用需求，做好技术质量控制。