利用圓環鐓粗法測定7050鋁合金高溫變形摩擦系數

沈文濤　張　鵬　趙　彤　高　蕾

(中國第二重型機械集團德陽萬航模鍛有限責任公司，四川618000)

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利用圓環鐓粗法測定7050鋁合金高溫變形摩擦系數

沈文濤張鵬趙彤高蕾

(中國第二重型機械集團德陽萬航模鍛有限責任公司，四川618000)

采用圓環鐓粗法進行了7050鋁合金高溫變形摩擦系數測試實驗，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、不同潤滑劑條件下的高溫變形摩擦。實驗結果表明，潤滑狀態對其高溫變形摩擦影響最大，變形溫度次之。

7050鋁合金；圓環鐓粗法；高溫變形；摩擦系數

金屬鍛造成型是金屬塑性加工的重要方法之一。金屬在鍛造過程中，坯料與模具表面之間存在著相對滑動，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的因素很多，如坯料與模具的表面質量、潤滑情況、變形時坯料的溫度、變形速度及變形程度等，這些因素彼此之間又相互影響，很難定量研究單個因素對摩擦系數的影響[1]。圓環鐓粗法是20世紀60年代提出來的一種測定塑性成形時摩擦系數的方法[2]，可用于測定在設定熱加工參數(變形溫度、變形速度及變形量等)條件下的摩擦系數，是研究金屬塑性成型過程坯料與模具表面之間摩擦系數的一種簡單、可靠的方法。本文以7050鋁合金為研究對象，利用高溫圓環鐓粗法對不同的熱加工參數、潤滑條件進行了試驗，研究了變形速度、變形溫度及潤滑狀態對摩擦系數的影響，得到了7050鋁合金在特定熱加工參數下的摩擦系數。

1　試驗材料與方案

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、內徑18 mm、高度12 mm(外徑∶內徑∶高度為6∶3∶2)的標準環狀試樣，圓環尺寸、精度及粗糙度要求見圖1(a)。使用線切割加工圓環試樣，圓環高度最終尺寸預留0.1 mm余量，然后對試樣兩個端面進行拋光，保證了圓環上下端面與側面的垂直度、上下端面的平行度及表面質量，加工后的圓環試樣如圖1(b)所示。試驗模具的預熱溫度與試樣加熱溫度相同，所有試樣在80～100℃涂敷、烘干玻璃潤滑劑，到溫裝爐，保溫時間為15 min，鐓粗后用堿洗去試樣表面的污垢。本實驗主要研究了變形速度、變形溫度及潤滑劑對7050鋁合金高溫變形摩擦系數的影響，具體方案如表1。

2　試驗結果及討論

2.1變形速度對摩擦系數的影響

鐓粗后的圓環試樣如圖2。從圖2可以看出，在變形溫度、變形速度相同時，隨變形程度的升高，鐓粗后圓環內徑逐漸減小、不規則程度增加，表明隨著變形程度的升高，試樣同模具之間的摩擦系數發生著變化。

將鐓粗后的圓環測量值代入標準摩擦系數標定曲線，如圖3。從圖3可見，在變形程度為20%

(a)

(b)

表1　7050鋁合金圓環鐓粗方案

時，變形速度為2 mm/s、5 mm/s、10 mm/s時的摩擦系數相同為0.57；變形程度為40%時，變形速度為5 mm/s時的摩擦系數最小為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鋁合金摩擦系數標定

2.2變形溫度對摩擦系數的影響

變形溫度分別為320℃、350℃、380℃和420℃時摩擦系數標定曲線如圖4。從圖4可見，變形程度為20%時，變形溫度為320℃、350℃、380℃時的摩擦系數為0.57，變形溫度420℃時的摩擦系數最小為0.2；變形程度為40%時，變形溫度為320℃、350℃時的摩擦系數為0.57， 380℃變形溫度下的摩擦系數為0.3，420℃變形溫度下的摩擦系數最小為0.2。由此可見，在相同的變形程度下摩擦系數隨變形溫度的升高而降低，在420℃時摩擦系數最小。

圖4　不同變形溫度下7050鋁合金摩擦系數標定

(a)水基石墨潤滑劑　　　　　　　　　　　　(b)玻璃潤滑劑

圖6　不同潤滑劑下7050鋁合金摩擦系數標定

2.3潤滑劑對摩擦系數的影響

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

表2　不同潤滑劑條件下鐓粗后的7050鋁合金圓環內徑縮減率及摩擦系數

值，說明其中性層在原始圓環試樣內徑內部，此時的摩擦系數很小，可見潤滑條件對摩擦系數的影響很大。圖6為采用水基石墨、油基石墨、油潤滑時的摩擦系數標定。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、油的摩擦系數值基本一樣，是相同工況下使用玻璃潤滑摩擦系數的1/10左右。可見潤滑條件比變形速度、變形溫度和變形程度對摩擦系數的影響要大很多。

3　結論

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

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

(3)潤滑劑的使用和選擇對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滑劑時的摩擦系數是使用玻璃潤滑劑時摩擦系數的1/10。

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

[1]許勇順，徐洪烈，黃學玲.圓環鐓粗法測定摩擦系數的探討[J].太原機械學院學報，1990，11(4)：53-60.

[2]汪大年.金屬塑性成型原理[M].北京：機械工業出版社，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

國家重大專項資助項目(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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