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設備外殼性能測試

發布日期:2020-9-15
  密度輕、減震降噪性佳、可回收性好的鎂合金,在航空航天,國防軍工、手持工具等領域得到了越來越廣泛的應用。但是,在機械設備等工業領域中,鎂合金的應用受到極大的限製,這主要是因為鎂合金的耐腐蝕差以及阻尼性能不佳等造成的網。為此,人們在改善鎂合金耐腐蝕性能方麵進行了較多的研究,也取得了卓有成效的研究成果。但是,在鎂合金阻尼性能方麵的研究還遠遠不夠,鎂合金的阻尼性能改善還需要更多的探索和研究。鑒於此,本文采用連續擠壓工藝,獲得了機槭設備外殼用擠壓態新型鎂合金Mg-8AI-1Zn-0.15In-0.15Ti,並進行了合金的
顯微組織觀察.XRD分析及力學性能和阻尼性能的測試與分析,為機械設備外殼用鎂合金的研究提供了一種新的思路。
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  試驗材料與方法
  試驗選用工業級Mg、Al、Zn.Ti以及Mg5Mn、Mg- 10In、Mg-10Nb中間合金,在ZG-25AZ型真空中頻感應熔煉爐中進行合金熔煉,然後采用鐵模進行澆注以獲得鎂合金鑄錠,然後在MFCCE300型擠壓機上進行連續擠壓,獲得擠壓態新型鎂合金試樣。連續擠壓的主要工藝參數,如表1所示。製備出的Mg-8Al-1Zn-0.15In-0.15Ti鎂合金試樣,采用SPECTROIQII型能量色散X射線熒光光譜儀分析化學成分,分析結果如表2所示。機械設備外殼擠壓態新型鎂合金試樣,用線切割切出金相試樣,並經金相製樣後用PG18型金相.顯微鏡和EVO18型掃描電子顯微鏡(SEM)進行觀察。物相分析采用X'Pert PRO型X射線衍射儀,掃描範圍為10-90 、靶材為Cu靶、管電壓為40kV。力學性能采用WAW-1000D型微機控製電液伺服萬能試驗機進行測試,拉伸方向平行於擠壓方向,並用EVO18型掃描電鏡觀察拉伸斷口形貌。阻尼性能采用葛式低頻扭擺儀進行測試,試樣尺寸為150 mmx1 mmxl mm,加熱爐升溫速率為1.5"C/min,測試溫度為25- 300C、測試頻率為0.2~1.0Hz,在升溫過程中測試試樣的阻尼性能,每次測量時間小於30s。
2試驗結果及討論
  2.1顯微組織
  試驗製備的機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金Mg-8AI-1Zn-0.15In-0.15Ti,其顯微組織金相(OM)照片如圖1所示。合金顯微組織掃描電鏡(SEM)照片,如圖2所示。從圖1和圖2可看出,采用連續擠壓工藝製備的機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金組織均勻、晶粒細小,無明顯的孔洞、氣孔或夾雜。合金中的第二相呈三維網狀分布在基體中15)。合金元素In和Ti的複合添加,顯著細化了鎂合金晶粒,促進了合金中三維網狀結構第二相的生成。
2.2 XRD分析
機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金的XRD圖譜,如圖3所示。可看出,該擠壓態新型鎂合金由a-Mg基體和少量的MgrA12相組成。合金中未發現含In、Ti的單質或化合物相,這可能是由於這些合金元素的添加量較少造成的。合金中添加Mn主要是用於除去雜質Fe,合金中也未發現含Mn的化合物相。合金中的Zn溶於a-Mg基體中。
 
  2.3力學性能
  機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金的應力-應變曲線,如圖4所示。可看出,機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金具有較佳的室溫力學性能。平行於擠壓方向進行拉伸試驗時,合金的室溫抗拉強度達327MPa、屈服強度達268MPa斷後伸長率達25%。
 
  圖5是機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金室溫拉伸斷口SEM照片。可看出,合金的拉伸斷口由較多的細小韌窩和少量的撕裂棱組成,表現出較為明顯的韌性斷裂特征。
  2.4阻尼性能
試驗製備的機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金以及商業AZ31鎂合金,在0.8Hz頻率下的阻尼性能測試結果如圖6所示。可看出,隨著溫度的升高,該擠壓態新型鎂合金和商業AZ31鎂合金的阻尼性能均逐漸增大,但在相同溫度下該擠壓態新型鎂合金的阻尼性能明顯增加。與商業AZ31鎂合金相比,該擠壓態新型鎂合金在25C條件下的阻尼性能從26x103增加到77x103,增加了196% ;200C阻尼性能從83x103增加到174x10*,增加了110%;300C阻尼性能從106x103增加到214x103,增加了102%。由此可以看出,在相同的頻率下,本實驗製備的擠壓態新型鎂合金較商業AZ31鎂合金具有更好的阻尼性能。
  試驗製備的機械設備外殼用擠壓態新型鎂合金以及商業AZ31鎂合金,在25"C條件下的阻尼性能測試結果,如圖7所示。可看出,隨著頻率從0.2Hz增加至1.0Hz,該新型鎂合金和商業AZ31鎂合金的阻尼性能均逐漸下降,但是該新型鎂合金的阻尼,性能下降幅度明顯較商業AZ31鎂合金變緩。具體地,在25°C條件下,與商業AZ31鎂合金相比,該新型鎂合金的0.2Hz時的阻尼性能從73x103增加到84x10*,增加了15%;該新型鎂合金的1.0Hz時的阻尼性能從11x103增加到76x10*,增加了591%;隨頻率從0.2Hz增加至1.0Hz,商業AZ31鎂合金的阻尼性能從73x103下降至11x103,下降了85%,而該新型鎂合金的阻尼性能從84x10-3下降至76x103,僅下降了10%,阻尼性能降幅較商業AZ31鎂合金減小了75%。由此可以看出,在相同的溫度條件下,本試驗製備的擠壓態新型鎂合金較商業AZ31鎂合金具有更好的阻尼性能。
  綜上,本試驗製備的擠壓態新型鎂合金的阻尼性能較商業AZ31鎂合金得到顯著改善。這主要是因為合金元素In和Ti的複合添加,顯著細化了合金晶粒,促進了合金中三維網狀結構第二相的生成,從而對鎂合金起到了很好的細化作用,增大晶界處的位錯密度,從而有效提高體育運動器材用鎂合金的阻尼性能6。因此,本試驗製備的擠壓態新型鎂合金具有較佳的阻尼性能,有望在機械設備外殼上得到工程應用。
  3結論
  (1) 擠壓態新型鎂合金Mg-8Al-1Zn-0.15In-0.15Ti,組織較為細小、第二相呈三維網狀分布,具有較佳的力學性能和阻尼性能,有望在機械設備外殼上得到工程應用。
  (2) 擠壓態新型鎂合金Mg-8AI-1Zn-0.15In-0.15Ti由x-Mg基體和少量的MgnAl2相組成,合金中未發現In、Ti的單質或化合物相。
  (3) 在0.8Hz頻率下,與商業AZ31鎂合金相比,擠壓態新型鎂合金Mg-8Al-1Zn-0.15In-0.15Ti在25"C條件下的阻尼性能增加196%、200^C阻尼性能.增加110%、300"C阻尼性能增加102%。
  (4) 隨頻率從0.2Hz增加至1.0Hz, 與商業AZ31鎂合金相比,擠壓態新型鎂合金Mg-8Al-1Zn-0.15In-0.15Ti在25"C時的阻尼性能降滲透,隨著腐蝕的不斷進行,腐蝕率會下降。結晶器中鋁熔體是流動的,會對反應物衝刷剝離,促進鋁鈦間原子擴散,而超聲的空化作用會加快Al;Ti的剝離,加快了腐蝕進程。
 
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