一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，首先，將金屬長纖維絲材進行緊密編織，形成編織體；然后通過塑性加工消除編織體內(nèi)的空隙，并使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的具有長纖維織構組織的致密金屬材料，即無孔隙金屬材料。本發(fā)明方法制造的具有長纖維織構組織金屬材料，纖維織構是連續(xù)的，具有絲材高的抗拉強度和高的疲勞強度性能，同時具有常規(guī)體積材料的剛度，可以像普通金屬材料一樣加工成機械零件使用。
【專利說明】一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料制造的【技術領域】，尤其是指一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，金屬材料是主要通過將原材料冶煉成金屬液體，再將液體金屬鑄造凝固，然后通過軋制、鍛壓、擠壓、拉拔等塑性加工方法制造成金屬板材、棒材、塊體材料、管材、型材、線材等。通過鑄造方法制造的材料難免存在鑄造工藝常有的缺陷，如偏析、縮松、縮孔等，雖然經(jīng)過塑性加工這些缺陷被減少，但當制造的材料尺寸較大，材料的心部和端部由于塑性變形不充分，而無法完全消除而以微缺陷的形式存在，從而影響材料的使用性能。
[0003]另一種方法是將原材料冶煉制備獲得金屬粉末，再將不同的粉末配制到一起，壓制燒結成粉末冶金零件和材料。在制備金屬粉末時，粉末的表面一般會形成一層氧化膜或其它鈍化膜，在儲存和輸送過程中容易混入雜質(zhì)，很難保證粉末界面的潔凈，從而影響粉末之間的冶金結合。粉末冶金材料具有一定的脆性，其抗沖擊性能和疲勞力學性能相對較低。
[0004]金屬絲材的生產(chǎn)方法有單絲拉拔法、集束拉拔法、切削法、熔抽法等，纖維直徑可達I?2μπι，強度高達1200?1800MPa，，因而具有較高的抗拉強度和高的疲勞強度，用來制造鋼絲繩和橋梁拉索及琴弦等。但絲材直徑較小容易彎曲變形，編成繩后也不具有剛度，仍容易彎曲變形，無法制造成結構零件。有的將金屬纖維編織作為復合材料的增強體，有的將金屬纖維切斷加入到粉末材料和復合材料中提高材料的強度和抗沖擊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提供一種具有高抗拉強度和高疲勞強度性能的長纖維織構組織金屬材料的制造方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為:一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，首先，將金屬長纖維絲材進行緊密編織，形成編織體；然后通過塑性加工消除編織體內(nèi)的空隙，并使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的具有長纖維織構組織的致密金屬材料，即無孔隙金屬材料。
[0007]所述塑性加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬進行冷塑性加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內(nèi)進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性加工。
[0008]所述冶金結合可通過對塑性加工后的編織體進行加熱燒結實現(xiàn)。
[0009]將金屬長纖維絲材進行緊密編織之前，可先對其進行表面處理，使絲材表面生成表面膜。
[0010]所述編織體為繩索、管、型材、板狀或塊狀。
[0011]所述塑性加工有鍛壓、擠壓、拉拔或軋制。[0012]所述致密金屬材料為線材、棒材、管材、型材、板材或塊體材料。
[0013]所述表面處理有滲氮、滲碳、鍍鉻、鍍鎳或鍍鋅。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0015]1、由于材料是纖維編織獲得，纖維相互約束，互相制約；
[0016]2、本發(fā)明方法制造的具有長纖維織構組織金屬材料，纖維織構是連續(xù)的，具有絲材高的抗拉強度和高的疲勞強度性能，同時具有常規(guī)體積材料的剛度，可以像普通金屬材料一樣加工成機械零件使用；
[0017]3、采用的絲材直徑相同，緊密編織燒結后形成的材料顯微組織均勻；
[0018]4、通過表面處理附著在絲材表面的物質(zhì)隨著絲材均勻地分布到制備的材料中；
[0019]5、對絲材進行表面處理后，表面膜完整地包覆在絲材的表面，編織燒結之后絲材的表面膜隨絲材均勻地分布到了制備的新材料之中，制備出的長纖維織構組織金屬體積材料的每一根纖維都受到表面膜的保護，金屬體積材料抗腐蝕性能得到大幅提高。
【具體實施方式】
[0020]下面結合多個具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]實施例1
[0022]本發(fā)明所述長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其情況為:首先，將金屬長纖維絲材進行緊密編織，形成編織體(可以編織為繩索、管、型材、板狀或塊狀等)；然后通過塑性加工(鍛壓、擠壓、拉拔或軋制等)消除編織體內(nèi)的空隙，并使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的具有長纖維織構組織的致密金屬材料，即無孔隙金屬材料(可以為線材、棒材、管材、型材、板材或塊體材料)；其中，所述塑性加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬，對金屬長纖維絲材編織而成的編織體在室溫條件下進行冷塑性加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內(nèi)進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性加工。
[0023]而在本實施例中，是采用直徑35微米的lCrl8Ni9不銹鋼絲材，通過編繩機編織成直徑I毫米的繩索，再將直徑I毫米的繩索編織成直徑30毫米繩索，將直徑30毫米繩索加熱達到1150攝氏度，然后將30毫米繩索從出口直徑為20毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減小，構成繩索的絲材之間的空隙消除，最后通過對繩索進行加熱燒結，實現(xiàn)絲材之間的冶金結合，制造獲得直徑為20毫米具有長纖維織構組織致密不銹鋼線材。
[0024]實施例2
[0025]與實施例1不同的是本實施例采用經(jīng)過退火軟化處理的直徑35微米的lCrl8Ni9不銹鋼絲材100根作為一束，通過編繩機將多束絲材編織成直徑50毫米繩索，然后將50毫米的繩索從出口直徑為30毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減小，構成繩索的絲材之間的空隙消除，獲得直徑30毫米的冷拉拔線材，將冷拉拔獲得的直徑30毫米線材在真空加熱爐中加熱達到1150攝氏度保溫兩小時，使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得直徑為30毫米具有長纖維織構組織致密不銹鋼線材。
[0026]實施例3
[0027]與實施例2不同的是本實施例將直徑50毫米的lCrl8Ni9不銹鋼繩索置于璧厚為5毫米的20鋼管中進行包覆冷拉拔。
[0028]實施例4
[0029]與實施例2不同的是本實施例的金屬絲材為純銅，實現(xiàn)冶金結合時是在真空加熱爐中加熱達到810攝氏度保溫兩小時。
[0030]實施例5
[0031]與實施例2不同的是本實施例的金屬絲材為鋁青銅，實現(xiàn)冶金結合時是在真空加熱爐中加熱達到880攝氏度保溫兩小時。
[0032]實施例6
[0033]與實施例2不同的是本實施例的金屬絲材為純鋁，實現(xiàn)冶金結合時是在真空加熱爐中加熱達到500攝氏度保溫兩小時。
[0034]實施例7
[0035]與實施例2不同的是本實施例的金屬絲材為鋁合金，實現(xiàn)冶金結合時是在真空加熱爐中加熱達到550攝氏度保溫兩小時。
[0036]實施例8
[0037]與實施例2不同的是本實施例采用直徑35微米的lCrl8Ni9不銹鋼絲材100根作為一束，通過編繩機將多束絲材編織成直徑50毫米繩索，將直徑50毫米繩索加熱達到1150攝氏度，然后將50毫米繩索從出口直徑為30毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減小，構成繩索的絲材之間的空隙消除，絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得直徑為30毫米具有長纖維織構組織致密不銹鋼線材。
[0038]實施例9
[0039]與實施例1不同的是本實施例將實施例1中編織獲得的直徑30毫米繩索盤成直徑200毫米、高度為300毫米的圓柱體，并用鋼絲捆好保持圓柱體形狀，置于保護氣氛加熱爐中，加熱達到1150攝氏度，再將熱的繩索盤成的圓柱體置于擠壓筒中，從出口直徑為20毫米的擠壓模具中擠過，消除絲材之間的空隙，并實現(xiàn)絲材之間冶金結合，制造獲得直徑為20毫米具有長纖維織構組織致密不銹鋼線材。
[0040]實施例10
[0041]與實施例1不同的是本實施例采用直徑35微米的lCrl8Ni9不銹鋼絲材100根作為一束，通過編繩機將多束絲材編織成直徑200毫米粗繩索，再切割成長度為300毫米的圓柱體，加熱達到1150攝氏度，再將熱的圓柱體置于擠壓筒中，從出口直徑為60毫米的擠壓模具中擠過，消除絲材之間的空隙，并實現(xiàn)絲材之間冶金結合，制造獲得直徑為60毫米具有長纖維織構組織致密不銹鋼棒材。
[0042]實施例11
[0043]與實施例10不同的是本實施例將實施例10中制造獲得的棒材打扁軋制成厚度為I毫米的致密板材。
[0044]實施例12
[0045]與實施例10不同的是本實施例將實施例10中編織獲得的直徑200毫米粗繩索，切割成長度為300毫米的圓柱體，加熱達到1150攝氏度，再將熱的圓柱體置于擠壓筒中，從芯桿直徑為50毫米、出口直徑為70毫米的管子擠壓模具中擠過，制造獲得外徑為70毫米、孔徑為50毫米、璧厚為10毫米的具有長纖維織構組織致密不銹鋼管材。[0046]實施例13
[0047]與實施例1不同的是本實施例采用直徑100微米的20鋼絲材，編織成長2000毫米、寬300毫米、厚5毫米的編織板體，再將編織板體加熱達到金屬絲材的熱塑性加工溫度1050攝氏度，然后將熱的編織板材料置于板材軋制機的軋輥之間進行軋制加工，消除絲材之間的空隙，使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得具有長纖維織構組織致密金屬板。
[0048]實施例14
[0049]與實施例1不同的是本實施例采用直徑100微米的20鋼絲材，編織成長300毫米、寬300毫米、高300毫米的編織體，再將編織塊體加熱達到金屬絲材的熱塑性加工溫度1110攝氏度，然后將熱的編織塊體材料置于鍛造設備的鍛模之間進行鍛壓加工，消除絲材之間的空隙，使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得具有長纖維織構組織致密金屬塊體。
[0050]實施例15
[0051]與實施例14不同的是本實施例所述的金屬絲材在進行編織前，先經(jīng)過滲氮表面處理，絲材表面生成氮化表面膜，具有氮化表面膜層的金屬絲材緊密編織制造成具有長纖維織構組織的致密金屬材料。
[0052]實施例16
[0053]與實施例15不同的是本實施例所述的金屬絲材經(jīng)過滲碳表面處理，絲材表面生成碳化表面膜。
[0054]實施例17
[0055]與實施例15不同的是本實施例所述的金屬絲材經(jīng)過碳氮共滲表面處理。
[0056]實施例18
[0057]與實施例15不同的是本實施例所述的金屬絲材經(jīng)過鍍鎳表面處理。
[0058]實施例19
[0059]與實施例15不同的是本實施例所述的金屬絲材經(jīng)過鍍鎳之后再鍍鉻。
[0060]實施例20
[0061]與實施例1不同的是本實施例采用直徑100微米的鋁青銅絲材20根作為一束，通過編繩機將多束編織成直徑為100毫米的繩，再將直徑為100毫米的繩加熱達到鋁青銅絲材的熱塑性加工溫度850攝氏度，然后將100毫米繩索從出口直徑為50毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減小，構成繩索的絲材之間的空隙消除，絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得直徑為50毫米具有長纖維織構組織致密鋁青銅線材。
[0062]實施例21
[0063]與實施例20不同的是本實施例采用直徑50微米的工具鋼絲材50根作為一束，通過編繩機將多束編織成直徑為100毫米的繩，再將直徑為100毫米的繩加熱達到工具鋼絲材的熱塑性加工溫度1150攝氏度，然后將100毫米繩索從出口直徑為50毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減小，構成繩索的絲材之間的空隙消除，絲材之間實現(xiàn)冶金結合，制造獲得直徑為50毫米具有長纖維織構組織致密工具鋼棒材。
[0064]實施例22
[0065]與實施例20不同的是本實施例所述金屬絲材為模具鋼絲材。
[0066]實施例23
[0067]與實施例20不同的是本實施例所述金屬絲材為軸承鋼絲材。[0068]實施例24
[0069]與實施例14不同的是本實施例采用的絲材直徑為500微米。
[0070]實施例25
[0071]與實施例2不同的是本實施例將直徑50微米的lCrl8Ni9退火軟化處理的不銹鋼絲材編織成工字型材，再從工字型材拉拔模具中進行冷拉拔，制造獲得工字型材。
[0072]實施例26
[0073]與實施例2不同的是本實施例將直徑50微米的lCrl8Ni9退火軟化處理的不銹鋼絲材編織成管，再從浮動芯模管子拉拔裝置中進行冷拉拔，制造獲得無縫鋼管。
[0074]綜上所述，本發(fā)明方法的原理是:當把多根絲材編織在一起達到一定的尺寸，由于絲材沒有被切斷，長纖維織構在制備的新材料中是連續(xù)的，則由絲材組成的新材料具有長纖維織構組織，因而具有絲材的高抗拉強度和高疲勞強度性能。同時絲材之間實現(xiàn)冶金結合后，就形成了由絲材構成的體積材料，絲材組成的新材料具有常規(guī)體積材料的剛度，可以像普通金屬材料一樣加工成機械零件或模具使用，比普通金屬材料的力學性能更高、使用壽命更長，因而零件的安全可靠性得到了提高。
[0075]以上所述實施例子只為本發(fā)明較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:首先，將金屬長纖維絲材進行緊密編織，形成編織體；然后通過塑性加工消除編織體內(nèi)的空隙，并使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的具有長纖維織構組織的致密金屬材料，即無孔隙金屬材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述塑性加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬進行冷塑性加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內(nèi)進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性加工。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述冶金結合可通過對塑性加工后的編織體進行加熱燒結實現(xiàn)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:將金屬長纖維絲材進行緊密編織之前，可先對其進行表面處理，使絲材表面生成表面膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述編織體為繩索、管、型材、板狀或塊狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述塑性加工有鍛壓、擠壓、拉拔或軋制。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述致密金屬材料為線材、棒材、管材、型材、板材或塊體材料。
8.根據(jù)權利要求4所述的一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，其特征在于:所述表面處理有滲氮、滲碳、鍍鉻、鍍鎳或鍍鋅。
【文檔編號】B23P15/00GK104002101SQ201410225398
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】周照耀 申請人:華南理工大學