鍛壓工藝對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金阻尼性能的影響分析
2018-8-23 來(lái)源：-- 作者：--
摘要：本文采用不同的鍛壓工藝制備高精度機(jī)床用鎂合金，并重點(diǎn)探討鍛壓工藝對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金阻尼性能的影響，為鎂合金在高精度機(jī)床上的應(yīng)用提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。密度低、可回收性佳和阻尼性能好的鎂合金，在高精度機(jī)床上具有極大的應(yīng)用前景。采用鎂合金生產(chǎn)高精度機(jī)床零部件，有利于改善機(jī)床的減震性能，提高機(jī)床的精度和可靠性。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，鍛壓是高精度機(jī)床用鎂合金零部件的常用制備工藝，鍛壓工藝對(duì)鎂合金的顯微組織和綜合性能產(chǎn)生明顯影響.但是，關(guān)于鍛壓工藝對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能影響鮮有報(bào)道。為此，木文采用不同的鍛壓工藝制備高精度機(jī)床用鎂合金，并重點(diǎn)探討鍛壓工藝對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金阻尼性能的影響，為鎂合金在高精度機(jī)床上的應(yīng)用提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞： 鍛壓工藝 機(jī)床
1、試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
以鎂錠、鋁錠、鋅粉、欽粉和Mg-5 Mn中間合金為原料.采用中頻感應(yīng)熔煉后鐵模澆注的方法.制得高精度機(jī)床用鎂合金鑄錠。添加錳主要是用于除雜。鑄錠經(jīng)400℃均勻化處理6h后，采用SPECTRO IQII型能量色散X射線熒光光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。將均勻化的鎂合金錠加工成小100 mmx 150 mm毛坯，在J23-100型鍛壓機(jī)床上對(duì)均勻化后的鑄錠進(jìn)行鍛壓成形，獲得高精度機(jī)床用鍛壓鎂合金試樣(以卜簡(jiǎn)稱試樣)。其鍛壓工藝參數(shù)如表2所示。采用自制模具，模具由圓形模腔、壓頭、底座和模塊組成。
表1試樣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
表2試樣的鍛壓工藝參數(shù)
1.2 試驗(yàn)方法
試樣經(jīng)線切割、金相制樣和腐蝕后，用PG18型金相顯微鏡觀察顯微組織，并結(jié)合Image Pro Plus軟件計(jì)算試樣的平均晶粒尺寸。試樣的阻尼性能采用葛式低頻扭擺儀進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸為150mmxlmmxlmm.加熱爐升溫速率為1.5 0C /min ,測(cè)試溫度為25 —— 275 0C、測(cè)試頻率為0.2 —— 1.2 Hz，在升溫過(guò)程中測(cè)試試樣的阻尼性能，每次測(cè)量時(shí)間小于30s.
2、試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1 始鍛溫度的影響
在終鍛溫度370 0C，鍛比11和模具溫度355 0C時(shí)(試樣1 —— 4 )，不同始鍛溫度對(duì)試樣晶粒尺寸的影響如圖1所示。從圖可以看出，始鍛溫度對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸產(chǎn)生明顯影響。隨始鍛溫度從420℃提高至500 0C，高精度機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大，合金晶粒先細(xì)化后粗化。其中當(dāng)始鍛溫度為480℃時(shí)，高精度機(jī)床用鎂合金晶粒最細(xì)小，平均晶粒尺寸低至6.7 μm。
圖1 始鍛溫度對(duì)試樣晶粒尺寸的影響
在終鍛溫度 370℃，鍛比 11 和模具溫度 355 ℃時(shí)不同始鍛溫度制備出的試樣（試樣 1——4）在相同頻率（0.6Hz）下阻尼性能隨溫度變化情況如圖 2 所示。 從圖可以看出，隨測(cè)試溫度增加，不同始鍛溫度制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)逐漸增大，合金的阻尼性能均逐漸提高。但在相同測(cè)試溫度下，隨始鍛溫度提高， 高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)先增大后減小，合金的阻尼性能先提高后下降。 在 25℃測(cè)試環(huán)境下， 始鍛溫度為 480℃時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最大（67×10-3），較始鍛溫度為 420 ℃時(shí)提高了 63%， 較始鍛溫度為460 ℃時(shí)提高了 29%， 較始鍛溫度為 500 ℃時(shí)提高了 12%。 不同始鍛溫度制備出的試樣在相同測(cè)試溫度（225℃）下阻尼性能隨頻率的變化情況如圖 3 所示。 從圖可以看出，隨頻率增加，不同始鍛溫度制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)逐漸減小， 合金阻尼性能均逐漸下降。 但在相同頻率下， 隨始鍛溫度提高，高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)也表現(xiàn)出先增大后減小，合金的阻尼性能先提高后下降。 在 0.8Hz 測(cè)試頻率環(huán)境下， 始鍛溫度為 480℃時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最大（130×10-3），較始鍛 溫 度 為 420 ℃時(shí) 提 高 了 124%， 較 始 鍛 溫 度 為460℃時(shí)提高了 67%，較始鍛溫度為 500 ℃時(shí)提高了23%。由此可以看出，從提高阻尼性能出發(fā)，高精度機(jī)床用 Mg-Al-Zn-Ti 鎂合金的始鍛溫度優(yōu)選為 480℃。
圖2 0.6 Hz 下不同始鍛溫度試樣的阻尼性能
圖3 在225℃測(cè)試溫度下不同始鍛溫度試樣的阻尼性能
2.2 終鍛溫度的影響
在始鍛溫度 480℃，鍛比 11 和模具溫度 355 ℃時(shí)（試樣 5、6、3、7）， 終鍛溫度對(duì)試樣晶粒尺寸的影響如圖4所示。從圖4可以看出，終鍛溫度對(duì)高精度機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸產(chǎn)生明顯影響。隨終鍛溫度從320℃提高至380 0C，高精度機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大，合金晶粒先細(xì)化后粗化。其中當(dāng)終鍛溫度為370℃時(shí)，高精度機(jī)床用鎂合金晶粒最細(xì)小，平均晶粒尺寸低至6.7 μm。
圖4 終鍛溫度對(duì)試樣晶粒尺寸的影響
不同終鍛溫度制備出的試樣在相同頻率(0.6Hz) 下阻尼性能隨溫度變化情況如圖5所示。從圖可以看出，隨溫度增加，不同終鍛溫度制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)逐漸增大，合金的阻尼性能均逐漸提高。但在相同溫度下，隨終鍛溫度提高，高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)先增大后減小。在25℃測(cè)試環(huán)境下，終鍛溫度為370℃時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最大(67x10-3);比終鍛溫度為320℃時(shí)提高了49%，比終鍛溫度為350℃時(shí)提高了31%，比終鍛溫度為380℃時(shí)提高了16%。不同終鍛溫度制備出的試樣在相同溫度(225 0C )卜阻尼性能隨頻率的變化情況如圖6所示。從圖可以看出，隨頻率增加，不同終鍛溫度制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)逐漸減小.合金阻尼性能均逐漸下降。但在相同頻率下，隨終鍛溫度提高，高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)也表現(xiàn)出先增大后減小，合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz測(cè)試頻率環(huán)境卜，終鍛溫度為370℃時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最大(130x10-3 );較終鍛溫度為320℃時(shí)提高了210%，較終鍛溫度為350℃時(shí)提高了67%，較終鍛溫度為380℃時(shí)提高了38%。由此可以看出，從提高阻尼性能出發(fā)，高精度機(jī)床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的終鍛溫度優(yōu)選為370℃。
2.3鍛比的影響
在始鍛溫度480 0C，終鍛溫度370 0C(試樣8,3,9)時(shí)，不同鍛比制備出的試樣平均晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。從圖可以看出，鍛比對(duì)高精機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸產(chǎn)生明顯影響。隨鍛造比從7增大至15，高精度機(jī)床用鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后基木不變。
圖5 在0.6 Hz相同頻率下不同終鍛溫度試樣的阻尼系數(shù)
圖6 在225℃相同溫度下不同終鍛溫度試樣的阻尼系數(shù)
圖7 鍛造比對(duì)試樣晶粒尺寸的影響
不同鍛比制備出的試樣在相同頻率(0.6 Hz ) 下阻尼性能隨溫度變化情況如圖8所示。從圖8可以看出，隨溫度增加，不同鍛比制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)均逐漸增大，合金的阻尼性能均逐漸提高。但在相同測(cè)試溫度下，隨鍛比提高，高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)先增大后減小，合金的阻尼性能先提高后下降。在275℃測(cè)試環(huán)境下，鍛比為11時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最(165x10-3);較鍛比為7時(shí)提高了54%，較鍛比為15時(shí)提高了29%。不同鍛比制備出的試樣在相同測(cè)試溫度(225 0C )卜阻尼性能隨頻率的變化情況如圖9所示。從圖可以看出，隨頻率增加，不同鍛比制備的高精度機(jī)床用鎂合金阻尼系數(shù)逐漸減小，合金阻尼性能均逐漸卜降。但在相同頻率下，隨鍛比提高，高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼系數(shù)也表現(xiàn)出先增大后減小，合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz測(cè)試頻率環(huán)境下，鍛比為11時(shí)高精度機(jī)床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼系數(shù)最大(130x10-3)，較鍛造比為7時(shí)提高了282%，較鍛比為15時(shí)提高了136%。由此可以看出，從提高阻尼性能出發(fā)，高精度機(jī)床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的鍛比優(yōu)選為11。
圖8在0.6 HZ下不同鍛比試樣的阻尼系數(shù)
圖9 在225℃測(cè)試溫度下不同鍛造比試樣的阻尼系數(shù)
3、 結(jié)論
(1)隨始鍛溫度從420℃提高至500 0C，高精度機(jī)床用Mg-A1-Zn-Ti鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大;在相同測(cè)試溫度或者相同頻率下，合金的阻尼性能均隨始鍛溫度增加而先提高后下降。在25 0C測(cè)試環(huán)境下，始鍛溫度為480℃時(shí)合金阻尼性能分別較始鍛溫度為420,460,500℃時(shí)提高了63% ,29% ,12%。在0.8Hz測(cè)試頻率環(huán)境下，始鍛溫度為480℃時(shí)合金阻尼性能分別較始鍛溫度為420,460,500時(shí)提高了124% , 67% ,23%。
(2)隨終鍛溫度從320℃提高至380 0C，高精度機(jī)床用Mg-A1-Zn-Ti鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大;在相同溫度或者相同頻率下，合金的阻尼性能均隨終鍛溫度增加表現(xiàn)出先提高后下降。在25℃測(cè)試環(huán)境下，終鍛溫度為370℃時(shí)阻尼性能分別較終鍛溫度為320 ,350 ,380℃時(shí)提高了49%,31%,16%。在0.8 HZ測(cè)試頻率環(huán)境下，終鍛溫度為3700C時(shí)阻尼性能分別較終鍛溫度為320,350,380℃時(shí)提高了210%,67%,38%。
(3)隨鍛比從7增大至15，高精度機(jī)床用Mg-A1-Zn-Ti鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后基木不變;在相同測(cè)試溫度或相同頻率下，合金的阻尼性能均隨鍛比增加而先提高后下降。在275℃測(cè)試環(huán)境下，鍛比為11時(shí)合金的阻尼性能分別較鍛比為7,15時(shí)提高了54% ,29%。在0.8Hz測(cè)試頻率環(huán)境下，鍛比為11時(shí)合金的阻尼性能分別較鍛比為7,15時(shí)提高了282%,136%。
(4)從提高高精度機(jī)床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的阻尼性能出發(fā)，合金的始鍛溫度優(yōu)選為480 0C，終鍛溫度優(yōu)選為370 ℃，鍛比優(yōu)選為11。
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