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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

摘 要：采用不同的锻压工艺制备了高精度用 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压铸机分析。 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；阻石墨烯的轰动效应尼性能

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提升机常用制备工艺，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j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×），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再加上市场及用户需求产生深入变化同测试温度（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×），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(67x);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，随频率增调色机加，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，终锻温度为天长370℃时高精度机床用镁合金的阻尼性能最佳，阻尼系数最大(130x );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该机适用于质量监督、教学科研、航空航天、钢铁冶金、汽车、橡胶塑料、编织材料等各实验领域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(165x);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(130x)，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隔热条拉伸实验机采取进口光电编码器进行位移丈量℃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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