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鍛壓工藝對高精度機床用鎂合金阻尼性能的影響分析

供稿:中國工控網 2018/7/16 10:36:33

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  • 關鍵詞: 鍛壓工藝 機床
  • 摘要:木文采用不同的鍛壓工藝制備高精度機床用鎂合金,并重點探討鍛壓工藝對高精度機床用鎂合金阻尼性能的影響,為鎂合金在高精度機床上的應用提供試驗數據。

密度低、可回收性佳和阻尼性能好的鎂合金,在高精度機床上具有極大的應用前景。采用鎂合金生產高精度機床零部件,有利于改善機床的減震性能,提高機床的精度和可靠性。但是在實際的生產過程中,鍛壓是高精度機床用鎂合金零部件的常用制備工藝,鍛壓工藝對鎂合金的顯微組織和綜合性能產生明顯影響.但是,關于鍛壓工藝對高精度機床用鎂合金的阻尼性能影響鮮有報道。為此,木文采用不同的鍛壓工藝制備高精度機床用鎂合金,并重點探討鍛壓工藝對高精度機床用鎂合金阻尼性能的影響,為鎂合金在高精度機床上的應用提供試驗數據。

  1、試驗材料與方法

  1.1 試驗材料

  以鎂錠、鋁錠、鋅粉、欽粉和Mg-5 Mn中間合金為原料.采用中頻感應熔煉后鐵模澆注的方法.制得高精度機床用鎂合金鑄錠。添加錳主要是用于除雜。鑄錠經400℃均勻化處理6h后,采用SPECTRO IQII型能量色散X射線熒光光譜儀進行化學成分分析,結果如表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型鍛壓機床上對均勻化后的鑄錠進行鍛壓成形,獲得高精度機床用鍛壓鎂合金試樣(以卜簡稱試樣)。其鍛壓工藝參數如表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試樣的化學成分(質量分數,%)

表2試樣的鍛壓工藝參數

1.2 試驗方法

  試樣經線切割、金相制樣和腐蝕后,用PG18型金相顯微鏡觀察顯微組織,并結合Image Pro Plus軟件計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行測試,試樣尺寸為150mmxlmmxlmm.加熱爐升溫速率為1.5 0C /min ,測試溫度為25 —— 275 0C、測試頻率為0.2 —— 1.2 Hz,在升溫過程中測試試樣的阻尼性能,每次測量時間小于30s.

  2、試驗結果及討論

  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(試樣1 —— 4 ),不同始鍛溫度對試樣晶粒尺寸的影響如圖1所示。從圖可以看出,始鍛溫度對高精度機床用鎂合金的平均晶粒尺寸產生明顯影響。隨始鍛溫度從420℃提高至500 0C,高精度機床用鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大,合金晶粒先細化后粗化。其中當始鍛溫度為480℃時,高精度機床用鎂合金晶粒最細小,平均晶粒尺寸低至6.7 μm。

圖1 始鍛溫度對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,隨測試溫度增加,不同始鍛溫度制備的高精度機床用鎂合金阻尼系數逐漸增大,合金的阻尼性能均逐漸提高。但在相同測試溫度下,隨始鍛溫度提高, 高精度機床用鎂合金的阻尼系數先增大后減小,合金的阻尼性能先提高后下降。 在 25℃測試環境下, 始鍛溫度為 480℃時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最大(67×10-3),較始鍛溫度為 420 ℃時提高了 63%, 較始鍛溫度為460 ℃時提高了 29%, 較始鍛溫度為 500 ℃時提高了 12%。 不同始鍛溫度制備出的試樣在相同測試溫度(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床用鎂合金阻尼系數逐漸減小, 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,高精度機床用鎂合金的阻尼系數也表現出先增大后減小,合金的阻尼性能先提高后下降。 在 0.8Hz 測試頻率環境下, 始鍛溫度為 480℃時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最大(130×10-3),較始鍛 溫 度 為 420 ℃時 提 高 了 124%, 較 始 鍛 溫 度 為460℃時提高了 67%,較始鍛溫度為 500 ℃時提高了23%。由此可以看出,從提高阻尼性能出發,高精度機床用 Mg-Al-Zn-Ti 鎂合金的始鍛溫度優選為 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(試樣 5、6、3、7), 終鍛溫度對試樣晶粒尺寸的影響如圖4所示。從圖4可以看出,終鍛溫度對高精度機床用鎂合金的平均晶粒尺寸產生明顯影響。隨終鍛溫度從320℃提高至380 0C,高精度機床用鎂合金的平均晶粒尺寸先減小后增大,合金晶粒先細化后粗化。其中當終鍛溫度為370℃時,高精度機床用鎂合金晶粒最細小,平均晶粒尺寸低至6.7 μm。

圖4 終鍛溫度對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床用鎂合金阻尼系數逐漸增大,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,高精度機床用鎂合金的阻尼系數先增大后減小。在25℃測試環境下,終鍛溫度為370℃時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最大(67x10-3);比終鍛溫度為320℃時提高了49%,比終鍛溫度為350℃時提高了31%,比終鍛溫度為380℃時提高了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床用鎂合金阻尼系數逐漸減小.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,高精度機床用鎂合金的阻尼系數也表現出先增大后減小,合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz測試頻率環境卜,終鍛溫度為370℃時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最大(130x10-3 );較終鍛溫度為320℃時提高了210%,較終鍛溫度為350℃時提高了67%,較終鍛溫度為380℃時提高了38%。由此可以看出,從提高阻尼性能出發,高精度機床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的終鍛溫度優選為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,不同鍛比制備出的試樣平均晶粒尺寸統計結果如圖7所示。從圖可以看出,鍛比對高精機床用鎂合金的平均晶粒尺寸產生明顯影響。隨鍛造比從7增大至15,高精度機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

圖6 在225℃相同溫度下不同終鍛溫度試樣的阻尼系數

圖7鍛造比對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床用鎂合金阻尼系數均逐漸增大,合金的阻尼性能均逐漸提高。但在相同測試溫度下,隨鍛比提高,高精度機床用鎂合金的阻尼系數先增大后減小,合金的阻尼性能先提高后下降。在275℃測試環境下,鍛比為11時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最(165x10-3);較鍛比為7時提高了54%,較鍛比為15時提高了29%。不同鍛比制備出的試樣在相同測試溫度(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床用鎂合金阻尼系數逐漸減小,合金阻尼性能均逐漸卜降。但在相同頻率下,隨鍛比提高,高精度機床用鎂合金的阻尼系數也表現出先增大后減小,合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz測試頻率環境下,鍛比為11時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳,阻尼系數最大(130x10-3),較鍛造比為7時提高了282%,較鍛比為15時提高了136%。由此可以看出,從提高阻尼性能出發,高精度機床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的鍛比優選為11。

圖8在0.6 HZ下不同鍛比試樣的阻尼系數

圖9 在225℃測試溫度下不同鍛造比試樣的阻尼系數

  3、 結論

  (1)隨始鍛溫度從420℃提高至500 0C,高精度機床用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測試環境下,始鍛溫度為480℃時合金阻尼性能分別較始鍛溫度為420,460,500℃時提高了63% ,29% ,12%。在0.8Hz測試頻率環境下,始鍛溫度為480℃時合金阻尼性能分別較始鍛溫度為420,460,500時提高了124% , 67% ,23%。

  (2)隨終鍛溫度從320℃提高至380 0C,高精度機床用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出先提高后下降。在25℃測試環境下,終鍛溫度為370℃時阻尼性能分別較終鍛溫度為320 ,350 ,380℃時提高了49%,31%,16%。在0.8 HZ測試頻率環境下,終鍛溫度為3700C時阻尼性能分別較終鍛溫度為320,350,380℃時提高了210%,67%,38%。

  (3)隨鍛比從7增大至15,高精度機床用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℃測試環境下,鍛比為11時合金的阻尼性能分別較鍛比為7,15時提高了54% ,29%。在0.8Hz測試頻率環境下,鍛比為11時合金的阻尼性能分別較鍛比為7,15時提高了282%,136%。

  (4)從提高高精度機床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金的阻尼性能出發,合金的始鍛溫度優選為480 0C,終鍛溫度優選為370 ℃,鍛比優選為11。

審核編輯(王靜)
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