利用圓環(huán)鐓粗法測(cè)定7050鋁合金高溫變形摩擦系數(shù)

沈文濤　張　鵬　趙　彤　高　蕾

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽(yáng)萬(wàn)航模鍛有限責(zé)任公司，四川618000)

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利用圓環(huán)鐓粗法測(cè)定7050鋁合金高溫變形摩擦系數(shù)

沈文濤張鵬趙彤高蕾

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽(yáng)萬(wàn)航模鍛有限責(zé)任公司，四川618000)

采用圓環(huán)鐓粗法進(jìn)行了7050鋁合金高溫變形摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，研究了7050鋁合金在不同變形速度、不同變形溫度、不同變形程度、不同潤(rùn)滑劑條件下的高溫變形摩擦。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)其高溫變形摩擦影響最大，變形溫度次之。

7050鋁合金；圓環(huán)鐓粗法；高溫變形；摩擦系數(shù)

金屬鍛造成型是金屬塑性加工的重要方法之一。金屬在鍛造過(guò)程中，坯料與模具表面之間存在著相對(duì)滑動(dòng)，因此不可避免地存在著摩擦。影響坯料與模具之間的摩擦系數(shù)的因素很多，如坯料與模具的表面質(zhì)量、潤(rùn)滑情況、變形時(shí)坯料的溫度、變形速度及變形程度等，這些因素彼此之間又相互影響，很難定量研究單個(gè)因素對(duì)摩擦系數(shù)的影響[1]。圓環(huán)鐓粗法是20世紀(jì)60年代提出來(lái)的一種測(cè)定塑性成形時(shí)摩擦系數(shù)的方法[2]，可用于測(cè)定在設(shè)定熱加工參數(shù)(變形溫度、變形速度及變形量等)條件下的摩擦系數(shù)，是研究金屬塑性成型過(guò)程坯料與模具表面之間摩擦系數(shù)的一種簡(jiǎn)單、可靠的方法。本文以7050鋁合金為研究對(duì)象，利用高溫圓環(huán)鐓粗法對(duì)不同的熱加工參數(shù)、潤(rùn)滑條件進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了變形速度、變形溫度及潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)摩擦系數(shù)的影響，得到了7050鋁合金在特定熱加工參數(shù)下的摩擦系數(shù)。

1　試驗(yàn)材料與方案

由某公司提供的7050鋁合金軋制厚板材，從厚度方向取樣，將試樣加工成外徑36 mm、內(nèi)徑18 mm、高度12 mm(外徑∶內(nèi)徑∶高度為6∶3∶2)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀試樣，圓環(huán)尺寸、精度及粗糙度要求見(jiàn)圖1(a)。使用線切割加工圓環(huán)試樣，圓環(huán)高度最終尺寸預(yù)留0.1 mm余量，然后對(duì)試樣兩個(gè)端面進(jìn)行拋光，保證了圓環(huán)上下端面與側(cè)面的垂直度、上下端面的平行度及表面質(zhì)量，加工后的圓環(huán)試樣如圖1(b)所示。試驗(yàn)?zāi)＞叩念A(yù)熱溫度與試樣加熱溫度相同，所有試樣在80～100℃涂敷、烘干玻璃潤(rùn)滑劑，到溫裝爐，保溫時(shí)間為15 min，鐓粗后用堿洗去試樣表面的污垢。本實(shí)驗(yàn)主要研究了變形速度、變形溫度及潤(rùn)滑劑對(duì)7050鋁合金高溫變形摩擦系數(shù)的影響，具體方案如表1。

2　試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1變形速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

鐓粗后的圓環(huán)試樣如圖2。從圖2可以看出，在變形溫度、變形速度相同時(shí)，隨變形程度的升高，鐓粗后圓環(huán)內(nèi)徑逐漸減小、不規(guī)則程度增加，表明隨著變形程度的升高，試樣同模具之間的摩擦系數(shù)發(fā)生著變化。

將鐓粗后的圓環(huán)測(cè)量值代入標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)標(biāo)定曲線，如圖3。從圖3可見(jiàn)，在變形程度為20%

(a)

(b)

表1　7050鋁合金圓環(huán)鐓粗方案

時(shí)，變形速度為2 mm/s、5 mm/s、10 mm/s時(shí)的摩擦系數(shù)相同為0.57；變形程度為40%時(shí)，變形速度為5 mm/s時(shí)的摩擦系數(shù)最小為0.3。

(a)2 mm/s(b)5 mm/s(c)10 mm/s

圖27050鋁合金不同變形速度下鐓粗后的圓環(huán)試樣

Figure 2The ring specimens of 7050 aluminum alloy after upsetting with different deformation velocities

圖3　不同變形速度下7050鋁合金摩擦系數(shù)標(biāo)定

2.2變形溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

變形溫度分別為320℃、350℃、380℃和420℃時(shí)摩擦系數(shù)標(biāo)定曲線如圖4。從圖4可見(jiàn)，變形程度為20%時(shí)，變形溫度為320℃、350℃、380℃時(shí)的摩擦系數(shù)為0.57，變形溫度420℃時(shí)的摩擦系數(shù)最小為0.2；變形程度為40%時(shí)，變形溫度為320℃、350℃時(shí)的摩擦系數(shù)為0.57， 380℃變形溫度下的摩擦系數(shù)為0.3，420℃變形溫度下的摩擦系數(shù)最小為0.2。由此可見(jiàn)，在相同的變形程度下摩擦系數(shù)隨變形溫度的升高而降低，在420℃時(shí)摩擦系數(shù)最小。

圖4　不同變形溫度下7050鋁合金摩擦系數(shù)標(biāo)定

(a)水基石墨潤(rùn)滑劑　　　　　　　　　　　　(b)玻璃潤(rùn)滑劑

圖6　不同潤(rùn)滑劑下7050鋁合金摩擦系數(shù)標(biāo)定

2.3潤(rùn)滑劑對(duì)摩擦系數(shù)的影響

選用了水基石墨、油基石墨、油和玻璃潤(rùn)滑劑進(jìn)行7050鋁合金圓環(huán)鐓粗試驗(yàn)，其中水基石墨、油基石墨、油作為潤(rùn)滑劑鐓粗后的試樣形狀基本類似。選取水基石墨潤(rùn)滑劑鐓粗后的試樣作為典型試樣，如圖5(a)所示。圖5(b)為選用玻璃潤(rùn)滑劑鐓粗后的圓環(huán)試樣。表2為不同潤(rùn)滑劑條件下鐓粗后的圓環(huán)試樣測(cè)量值。從表2可見(jiàn)，采用水基石墨潤(rùn)滑，變形程度40%時(shí)內(nèi)徑縮減率為負(fù)

表2　不同潤(rùn)滑劑條件下鐓粗后的7050鋁合金圓環(huán)內(nèi)徑縮減率及摩擦系數(shù)

值，說(shuō)明其中性層在原始圓環(huán)試樣內(nèi)徑內(nèi)部，此時(shí)的摩擦系數(shù)很小，可見(jiàn)潤(rùn)滑條件對(duì)摩擦系數(shù)的影響很大。圖6為采用水基石墨、油基石墨、油潤(rùn)滑時(shí)的摩擦系數(shù)標(biāo)定。在變形程度、變形速度和變形溫度相同的條件下水基石墨、油基石墨、油的摩擦系數(shù)值基本一樣，是相同工況下使用玻璃潤(rùn)滑摩擦系數(shù)的1/10左右?？梢?jiàn)潤(rùn)滑條件比變形速度、變形溫度和變形程度對(duì)摩擦系數(shù)的影響要大很多。

3　結(jié)論

(1)采用圓環(huán)鐓粗法完成了7050鋁合金高溫摩擦系數(shù)的測(cè)定，2 mm/s、5 mm/s、10 mm/s變形速度對(duì)7050鋁合金高溫摩擦系數(shù)的影響差異性不大。

(2)7050鋁合金高溫變形摩擦系數(shù)隨變形溫度的升高而降低，在420℃時(shí)摩擦系數(shù)最小。

(3)潤(rùn)滑劑的使用和選擇對(duì)7050鋁合金高溫變形摩擦的影響很大。使用水基石墨、油基石墨或油作為潤(rùn)滑劑時(shí)的摩擦系數(shù)是使用玻璃潤(rùn)滑劑時(shí)摩擦系數(shù)的1/10。

(4)7050鋁合金在變形溫度為420℃、變形速度5 mm/s、油基石墨潤(rùn)滑條件下的變形摩擦系數(shù)最小。

[1]許勇順，徐洪烈，黃學(xué)玲.圓環(huán)鐓粗法測(cè)定摩擦系數(shù)的探討[J].太原機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，11(4)：53-60.

[2]汪大年.金屬塑性成型原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

編輯杜青泉

Determination on Friction Coefficient of High Temperature Deformation for 7050 Aluminum Alloy by Ring Upsetting

Shen Wentao, Zhang Peng, Zhao Tong, Gao Lei

By adopting the ring upsetting, the testing experiment of friction coefficient of high temperature deformation for 7050 aluminum alloy has been performed. The friction of high temperature deformation for 7050 aluminum alloy with different deformation velocities, different deformation temperatures, different deformation degrees and different lubricants has been researched. The results show that the influence of lubrication condition on the friction coefficient of high temperature deformation is greatest, and the influence of deformation temperature comes second.

7050 aluminum alloy; ring upsetting; high temperature deformation; friction coefficient

2016—04—21

國(guó)家重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012ZX04010-081)

沈文濤，男，工程師，主要從事航空材料熱處理工藝研究。

TH122

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