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鍛壓工藝對高精度（dù）機（jī）床用鎂（měi）合金阻尼性能的影響分析

2018-8-23 來源：-- 作者：--

　　摘（zhāi）要：本（běn）文采用不同的鍛壓工藝製備高精度機床用鎂合金，並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（zài）高精度機床上（shàng）的應用提供試驗（yàn）數據。密度（dù）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，有利於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製備工藝，鍛壓工藝對鎂合金的顯微（wēi）組織和綜合性能產生明顯影響.但是，關於鍛壓工（gōng）藝對高精度機（jī）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製備高精度機床用鎂合金，並重點探討鍛壓工藝對高精度機床用（yòng）鎂合金阻尼性能（néng）的（de）影響，為鎂合金在高精度機床上的應用提（tí）供試驗數據。

　　關（guān）鍵詞：鍛壓工藝機床

　　1、試驗材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　以鎂錠、鋁錠、鋅（xīn）粉、欽粉和Mg-5 Mn中（zhōng）間合金為原料.采用中頻感應熔煉後鐵（tiě）模澆注的方法.製得（dé）高精度機（jī）床用鎂合金鑄錠（dìng）。添加錳主（zhǔ）要是用（yòng）於除雜。鑄錠經400℃均勻化處理6h後，采用SPECTRO IQII型能（néng）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後的鑄錠進行鍛（duàn）壓成形，獲得高精（jīng）度機床用鍛壓鎂合金試樣(以卜簡稱試樣)。其鍛（duàn）壓工藝參數如（rú）表2所示。采用自（zì）製（zhì）模具，模具由圓形模腔、壓（yā）頭、底座和模塊組成。

表1試樣的化學成分(質量分數（shù），%)

表2試樣的（de）鍛壓工藝參數

1.2 試驗方法

　　試（shì）樣經線切割、金相製樣和腐蝕後，用PG18型金相顯（xiǎn）微鏡觀察顯微組織，並結合Image Pro Plus軟（ruǎn）件計算試樣的平均晶粒（lì）尺寸。試樣的阻尼性能采用葛式低頻扭擺儀進行（háng）測試，試樣尺寸為150mmxlmmxlmm.加熱爐升溫速（sù）率為1.5 0C /min ,測試溫度（dù）為25 —— 275 0C、測試頻率為（wéi）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（shí）間小於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（shǐ）鍛溫度對試樣晶粒尺寸的影響如（rú）圖1所示。從圖可以看出，始鍛溫度對（duì）高精度機床（chuáng）用鎂合金的平均晶粒尺寸產生明顯（xiǎn）影響。隨始鍛溫（wēn）度從420℃提高至500 0C，高精度機床用鎂合金的平均晶（jīng）粒尺寸先減小（xiǎo）後增大，合金晶粒先細化後（hòu）粗化。其中當始鍛溫度為480℃時，高精度機床（chuáng）用鎂合金晶粒最（zuì）細小，平均晶粒尺寸低至6.7 μm。

圖1 始鍛溫度對試樣晶粒（lì）尺寸（cùn）的影響

　　在終鍛溫（wēn）度 370℃，鍛比 11 和模具（jù）溫度 355 ℃時不同（tóng）始鍛溫度製（zhì）備出的試樣（試樣 1——4）在相同（tóng）頻率（0.6Hz）下阻尼性能隨溫度變化情況（kuàng）如圖 2 所示。從圖可以看出，隨測試溫度增加（jiā），不同始鍛溫（wēn）度製備的高精度機床用鎂合金阻尼係數（shù）逐漸增大，合金的阻尼性能均逐漸（jiàn）提高（gāo）。但在相同測試溫度下（xià），隨始鍛溫度提高，高精度機床（chuáng）用鎂合金的阻尼係數先（xiān）增大後減小，合金的阻尼性能先提高後下降。在 25℃測試環境下，始（shǐ）鍛溫度為 480℃時高精度機床用鎂（měi）合金的阻尼性能（néng）最佳，阻尼係數最大（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（wéi） 500 ℃時提高了 12%。不同始鍛溫度製備出的試樣在相同測試溫度（225℃）下（xià）阻尼性能隨頻率的變化情況如圖 3 所示。從圖可以看出，隨（suí）頻率增加，不同始鍛溫度製備的高精度機（jī）床用鎂合金阻尼係數逐漸減小，合金阻尼性能均逐（zhú）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（zǔ）尼係數也表現出先增大後減小，合金的阻尼性能（néng）先提（tí）高後下降。在 0.8Hz 測（cè）試頻率環境下，始（shǐ）鍛溫度為 480℃時高精度（dù）機床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼係數最大（130×10-3），較始鍛溫（wēn）度為 420 ℃時（shí）提高了 124%，較始鍛溫度為（wéi）460℃時提高了 67%，較始（shǐ）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（wēn）度試（shì）樣的（de）阻（zǔ）尼性能

圖3 在225℃測試溫度下不同始鍛溫度試（shì）樣的阻尼性能

　　2.2 終鍛溫度的影響

　　在（zài）始（shǐ）鍛溫度 480℃，鍛比 11 和模具溫度 355 ℃時（試樣 5、6、3、7），終（zhōng）鍛溫度對試樣晶粒尺寸（cùn）的影響（xiǎng）如圖4所示。從圖4可（kě）以看出，終鍛溫度對高精（jīng）度機床用鎂（měi）合金的平均晶粒尺寸（cùn）產生明顯影響。隨終鍛溫度從320℃提（tí）高至380 0C，高精度機床用鎂合金的平均晶粒尺寸（cùn）先（xiān）減小（xiǎo）後增大，合（hé）金晶粒先細化後粗（cū）化。其中當終鍛溫度為370℃時，高精度機床用鎂合金晶粒最（zuì）細小，平均晶粒尺寸低（dī）至（zhì）6.7 μm。

圖4 終鍛溫度對試樣晶粒尺寸的影響

　　不同終鍛（duàn）溫度製備出的試樣在相同頻率(0.6Hz) 下阻尼性能隨溫度（dù）變化情況如圖（tú）5所示。從圖可（kě）以看出，隨（suí）溫度增加，不同終鍛溫度製備的高（gāo）精（jīng）度機床用鎂合金（jīn）阻尼係數逐漸增大，合金的阻尼性能均逐漸（jiàn）提高。但在相同溫（wēn）度下，隨終（zhōng）鍛溫度提高，高精度機床用鎂合金的阻尼係數先增大後減小。在25℃測試環境下，終鍛溫（wēn）度為370℃時高精（jīng）度機（jī）床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼（ní）係數最大(67x10-3);比終鍛溫度為320℃時（shí）提高了49%，比終鍛溫度為350℃時提高了31%，比終鍛溫度為380℃時提高了16%。不同終鍛溫度（dù）製備出的試樣在相（xiàng）同溫度(225 0C )卜阻尼性能隨（suí）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（tóng）終鍛（duàn）溫度製備的高精（jīng）度機床用鎂合金阻（zǔ）尼係數（shù）逐漸減小.合金阻尼性能（néng）均逐漸下降。但在相同頻率下，隨終鍛溫（wēn）度提高，高精度機床用（yòng）鎂合金的阻尼係數也表現出先增大後減小，合金（jīn）的阻（zǔ）尼性能先提高（gāo）後下降。在0.8Hz測試頻率環境卜，終（zhōng）鍛溫度為370℃時高精度機床用鎂合金的阻尼性能最佳，阻尼係（xì）數最大(130x10-3 );較（jiào）終鍛溫度（dù）為320℃時提（tí）高了210%，較終（zhōng）鍛（duàn）溫度為350℃時提高（gāo）了67%，較（jiào）終鍛溫（wēn）度為380℃時提高了38%。由此可以看出，從提高阻尼（ní）性（xìng）能（néng）出發，高（gāo）精度機床用Mg-AI-Zn-Ti鎂合金（jīn）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（bú）同鍛比製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（měi）合金的平均晶粒（lì）尺寸產生明顯影響。隨鍛造比從7增大至15，高精度（dù）機床用鎂（měi）合金的平均晶粒（lì）尺寸先（xiān）減小後基木不變。

圖5 在0.6 Hz相同頻率下不同（tóng）終鍛溫度試樣的阻（zǔ）尼（ní）係數（shù）

圖6 在（zài）225℃相同溫度下不同終鍛（duàn）溫度試樣的阻尼係數

圖7 鍛造比對試樣晶粒尺寸的影響

　　不同鍛比製備出的試樣在相同頻率(0.6 Hz ) 下阻尼性能隨溫度（dù）變化情況如圖8所示。從圖8可以看（kàn）出，隨（suí）溫（wēn）度增加，不同鍛比製（zhì）備的高精度機床用鎂合金阻尼係數均逐漸增大，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係數先增大（dà）後（hòu）減小，合金的阻（zǔ）尼性能先（xiān）提高後下降。在275℃測試環境下，鍛比（bǐ）為11時高精度機床用鎂合金的（de）阻尼性能（néng）最佳，阻尼係數（shù）最(165x10-3);較（jiào）鍛比為7時提高（gāo）了54%，較鍛比為15時提高了（le）29%。不同鍛比製備出的試樣在相同測試溫度(225 0C )卜阻尼性能隨頻率的（de）變化情（qíng）況如圖9所示。從圖可以看出，隨頻率增加（jiā），不同鍛比製備的高精度機（jī）床用鎂合金阻尼係數逐漸減小，合金阻尼（ní）性能均（jun1）逐漸卜降。但在相（xiàng）同（tóng）頻率下，隨鍛比（bǐ）提高（gāo），高精度機床用鎂合金的阻尼係數也表現出先增大後減小，合金的阻尼性能先提高後下降。在0.8Hz測試頻率環（huán）境下（xià），鍛比為11時高精度機床用鎂合金（jīn）的（de）阻尼（ní）性能最佳，阻尼係數（shù）最（zuì）大(130x10-3)，較鍛（duàn）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（duàn）比優選為11。

圖8在0.6 HZ下不同鍛比試樣的阻尼係數

圖9 在225℃測試溫（wēn）度下不同（tóng）鍛造比（bǐ）試樣的（de）阻尼係數

　　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（jīn）的平均晶粒尺寸（cùn）先（xiān）減小後增大;在相同測試（shì）溫度或者相（xiàng）同頻率下，合金的阻尼性能均隨（suí）始鍛溫度增加而先提高後下降。在25 0C測試（shì）環（huán）境下，始鍛（duàn）溫度為480℃時（shí）合金阻尼性能分別（bié）較始鍛溫度為420,460,500℃時提高了63% ,29% ,12%。在0.8Hz測試頻（pín）率環境下（xià），始鍛溫度為480℃時合金阻尼性能分別（bié）較始鍛溫（wēn）度為420,460,500時提高了124% , 67% ,23%。

　　(2)隨終鍛（duàn）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（jun1）晶粒尺（chǐ）寸先減小後增大;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（zēng）加表現出先提高後下（xià）降。在25℃測試環境下，終鍛溫度為370℃時阻尼性能分別較終鍛（duàn）溫度為320 ,350 ,380℃時提高（gāo）了49%,31%,16%。在0.8 HZ測試頻率環境下，終鍛溫度為3700C時阻尼（ní）性能分別較終（zhōng）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（de）平（píng）均晶粒尺寸先減（jiǎn）小後基木不變;在相同測試溫（wēn）度或相同頻率下，合金的（de）阻尼性能均隨鍛比增加而先提高後下降。在275℃測試（shì）環境下，鍛比為11時合金的阻尼性（xìng）能分別較鍛比為7,15時提高了54% ,29%。在0.8Hz測（cè）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（néng）出發，合金的始鍛（duàn）溫度（dù）優選（xuǎn）為480 0C，終鍛（duàn）溫度優選為370 ℃，鍛比（bǐ）優（yōu）選為11。

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