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锻压工艺对高精度机床用镁合金阻尼性能的影响
2018-7-4  来源:潍坊科技学院 机械工程学  作者:刘 鹏

       摘 要:采用不同的锻压工艺制备了高精度机床用 Mg-Al-Zn-Ti 镁合金试样,并进行了试样的显微组织和阻尼性能测试和分析。 结果表明:随始锻温度或终锻温度或锻压比的提高,合金的阻尼性能均先提高后下降。 合金的始锻温度优选为 480 ℃、终锻温度优选为 370 ℃、锻压比优选为 11。 在 0.8 Hz 测试频率下,始锻温度为 480 ℃时合金阻尼性能较始锻温度为 420 ℃时提高了 124%。

       关键词:锻压工艺;始锻温度;终锻温度;锻压比;阻尼性能

       密度低、可回收性佳和阻尼性能好的镁合金,在高精度机床上具有极大的应用前景。采用镁合金生产高精度机床零部件,有利于改善机床的减震性能,提高机床的精度和可靠性。但是在实际的生产过程中,锻压是高精度机床用镁合金零部件的常用制备工艺,锻压工艺对镁合金的显微组织和综合性能产生明显影响.但是,关于锻压工艺对高精度机床用镁合金的阻尼性能影响鲜有报道。为此,木文采用不同的锻压工艺制备高精度机床用镁合金,并重点探讨锻压工艺对高精度机床用镁合金阻尼性能的影响,为镁合金在高精度机床上的应用提供试验数据。

       1、试验材料与方法

       1.1 试验材料

       以镁锭、铝锭、锌粉、钦粉和Mg-5 Mn中间合金为原料.采用中频感应熔炼后铁模浇注的方法.制得高精度机床用镁合金铸锭。添加锰主要是用于除杂。铸锭经400℃均匀化处理6h后,采用SPECTRO IQII型能量色散X射线荧光光谱仪进行化学成分分析,结果如表1所示。将均匀化的镁合金锭加工成小100 mmx 150 mm毛坯,在J23-100型锻压机床上对均匀化后的铸锭进行锻压成形,获得高精度机床用锻压镁合金试样(以卜简称试样)。其锻压工艺参数如表2所示。采用自制模具,模具由圆形模腔、压头、底座和模块组成。
 
  
表1试样的化学成分(质量分数,%)
 
  
表2试样的锻压工艺参数

       1.2 试验方法

       试样经线切割、金相制样和腐蚀后,用PG18型金相显微镜观察显微组织,并结合Image Pro Plus软件计算试样的平均晶粒尺寸。试样的阻尼性能采用葛式低频扭摆仪进行测试,试样尺寸为150mmxlmmxlmm.加热炉升温速率为1.5 0C /min ,测试温度为25 ~ 275 0C、测试频率为0.2 ~ 1.2 Hz,在升温过程中测试试样的阻尼性能,每次测量时间小于30s.

       2、试验结果及讨论

       2.1 始锻温度的影响

       在终锻温度370 0C,锻比11和模具温度355 0C时(试样1 ~ 4 ),不同始锻温度对试样晶粒尺寸的影响如图1所示。从图可以看出,始锻温度对高精度机床用镁合金的平均晶粒尺寸产生明显影响。随始锻温度从420℃提高至500 0C,高精度机床用镁合金的平均晶粒尺寸先减小后增大,合金晶粒先细化后粗化。其中当始锻温度为480℃时,高精度机床用镁合金晶粒最细小,平均晶粒尺寸低至6.7 μm。
 
  
图1 始锻温度对试样晶粒尺寸的影响

       在终锻温度 370℃,锻比 11 和模具温度 355 ℃时不同始锻温度制备出的试样(试样 1~4)在相同频率(0.6Hz)下阻尼性能随温度变化情况如图 2 所示。 从图可以看出,随测试温度增加,不同始锻温度制备的高精度机床用镁合金阻尼系数逐渐增大,合金的阻尼性能均逐渐提高。但在相同测试温度下,随始锻温度提高, 高精度机床用镁合金的阻尼系数先增大后减小,合金的阻尼性能先提高后下降。 在 25℃测试环境下, 始锻温度为 480℃时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最大(67×10-3),较始锻温度为 420 ℃时提高了 63%, 较始锻温度为460 ℃时提高了 29%, 较始锻温度为 500 ℃时提高了 12%。 不同始锻温度制备出的试样在相同测试温度(225℃)下阻尼性能随频率的变化情况如图 3 所示。 从图可以看出,随频率增加,不同始锻温度制备的高精度机床用镁合金阻尼系数逐渐减小, 合金阻尼性能均逐渐下降。 但在相同频率下, 随始锻温度提高,高精度机床用镁合金的阻尼系数也表现出先增大后减小,合金的阻尼性能先提高后下降。 在 0.8Hz 测试频率环境下, 始锻温度为 480℃时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最大(130×10-3),较始锻 温 度 为 420 ℃时 提 高 了 124%, 较 始 锻 温 度 为460℃时提高了 67%,较始锻温度为 500 ℃时提高了23%。由此可以看出,从提高阻尼性能出发,高精度机床用 Mg-Al-Zn-Ti 镁合金的始锻温度优选为 480℃。
 
  
图2  0.6 Hz  下不同始锻温度试样的阻尼性能
 
  
图3 在225℃测试温度下不同始锻温度试样的阻尼性能

       2.2 终锻温度的影响

       在始锻温度 480℃,锻比 11 和模具温度 355 ℃时(试样 5、6、3、7), 终锻温度对试样晶粒尺寸的影响如图4所示。从图4可以看出,终锻温度对高精度机床用镁合金的平均晶粒尺寸产生明显影响。随终锻温度从320℃提高至380 0C,高精度机床用镁合金的平均晶粒尺寸先减小后增大,合金晶粒先细化后粗化。其中当终锻温度为370℃时,高精度机床用镁合金晶粒最细小,平均晶粒尺寸低至6.7 μm。 
 
  
图4 终锻温度对试样晶粒尺寸的影响

       不同终锻温度制备出的试样在相同频率(0.6Hz) 下阻尼性能随温度变化情况如图5所示。从图可以看出,随温度增加,不同终锻温度制备的高精度机床用镁合金阻尼系数逐渐增大,合金的阻尼性能均逐渐提高。但在相同温度下,随终锻温度提高,高精度机床用镁合金的阻尼系数先增大后减小。在25℃测试环境下,终锻温度为370℃时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最大(67x10-3);比终锻温度为320℃时提高了49%,比终锻温度为350℃时提高了31%,比终锻温度为380℃时提高了16%。不同终锻温度制备出的试样在相同温度(225 0C )卜阻尼性能随频率的变化情况如图6所示。从图可以看出,随频率增加,不同终锻温度制备的高精度机床用镁合金阻尼系数逐渐减小.合金阻尼性能均逐渐下降。但在相同频率下,随终锻温度提高,高精度机床用镁合金的阻尼系数也表现出先增大后减小,合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz测试频率环境卜,终锻温度为370℃时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最大(130x10-3 );较终锻温度为320℃时提高了210%,较终锻温度为350℃时提高了67%,较终锻温度为380℃时提高了38%。由此可以看出,从提高阻尼性能出发,高精度机床用Mg-AI-Zn-Ti镁合金的终锻温度优选为370℃。

       2.3锻比的影响

       在始锻温度480 0C,终锻温度370 0C(试样8,3,9)时,不同锻比制备出的试样平均晶粒尺寸统计结果如图7所示。从图可以看出,锻比对高精机床用镁合金的平均晶粒尺寸产生明显影响。随锻造比从7增大至15,高精度机床用镁合金的平均晶粒尺寸先减小后基木不变。
 
  
图5 在0.6 Hz相同频率下不同终锻温度试样的阻尼系数
 
  
图6 在225℃相同温度下不同终锻温度试样的阻尼系数
 
  
图7锻造比对试样晶粒尺寸的影响

       不同锻比制备出的试样在相同频率(0.6 Hz ) 下阻尼性能随温度变化情况如图8所示。从图8可以看出,随温度增加,不同锻比制备的高精度机床用镁合金阻尼系数均逐渐增大,合金的阻尼性能均逐渐提高。但在相同测试温度下,随锻比提高,高精度机床用镁合金的阻尼系数先增大后减小,合金的阻尼性能先提高后下降。在275℃测试环境下,锻比为11时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最(165x10-3);较锻比为7时提高了54%,较锻比为15时提高了29%。不同锻比制备出的试样在相同测试温度(225 0C )卜阻尼性能随频率的变化情况如图9所示。从图可以看出,随频率增加,不同锻比制备的高精度机床用镁合金阻尼系数逐渐减小,合金阻尼性能均逐渐卜降。但在相同频率下,随锻比提高,高精度机床用镁合金的阻尼系数也表现出先增大后减小,合金的阻尼性能先提高后下降。在0.8Hz测试频率环境下,锻比为11时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳,阻尼系数最大(130x10-3),较锻造比为7时提高了282%,较锻比为15时提高了136%。由此可以看出,从提高阻尼性能出发,高精度机床用Mg-AI-Zn-Ti镁合金的锻比优选为11。
 
图8在0.6 HZ下不同锻比试样的阻尼系数 
 
 
  
图9 在225℃测试温度下不同锻造比试样的阻尼系数

       3、 结论

       (1)随始锻温度从420℃提高至500 0C,高精度机床用Mg-A1-Zn-Ti镁合金的平均晶粒尺寸先减小后增大;在相同测试温度或者相同频率下,合金的阻尼性能均随始锻温度增加而先提高后下降。在25 0C测试环境下,始锻温度为480℃时合金阻尼性能分别较始锻温度为420,460,500℃时提高了63% ,29% ,12%。在0.8Hz测试频率环境下,始锻温度为480℃时合金阻尼性能分别较始锻温度为420,460,500时提高了124% , 67% ,23%。

       (2)随终锻温度从320℃提高至380 0C,高精度机床用Mg-A1-Zn-Ti镁合金的平均晶粒尺寸先减小后增大;在相同温度或者相同频率下,合金的阻尼性能均随终锻温度增加表现出先提高后下降。在25℃测试环境下,终锻温度为370℃时阻尼性能分别较终锻温度为320 ,350 ,380℃时提高了49%,31%,16%。在0.8 HZ测试频率环境下,终锻温度为3700C时阻尼性能分别较终锻温度为320,350,380℃时提高了210%,67%,38%。
       
       (3)随锻比从7增大至15,高精度机床用Mg-A1-Zn-Ti镁合金的平均晶粒尺寸先减小后基木不变;在相同测试温度或相同频率下,合金的阻尼性能均随锻比增加而先提高后下降。在275℃测试环境下,锻比为11时合金的阻尼性能分别较锻比为7,15时提高了54% ,29%。在0.8Hz测试频率环境下,锻比为11时合金的阻尼性能分别较锻比为7,15时提高了282%,136%。

       (4)从提高高精度机床用Mg-AI-Zn-Ti镁合金的阻尼性能出发,合金的始锻温度优选为480 0C,终锻温度优选为370 ℃,锻比优选为11。
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