利用圆环镦粗法测定7050铝合金高温变形摩擦系数

沈文涛　张　鹏　赵　彤　高　蕾

(中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，四川618000)



利用圆环镦粗法测定7050铝合金高温变形摩擦系数

沈文涛张鹏赵彤高蕾

(中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，四川618000)

采用圆环镦粗法进行了7050铝合金高温变形摩擦系数测试实验，研究了7050铝合金在不同变形速度、不同变形温度、不同变形程度、不同润滑剂条件下的高温变形摩擦。实验结果表明，润滑状态对其高温变形摩擦影响最大，变形温度次之。

7050铝合金；圆环镦粗法；高温变形；摩擦系数

金属锻造成型是金属塑性加工的重要方法之一。金属在锻造过程中，坯料与模具表面之间存在着相对滑动，因此不可避免地存在着摩擦。影响坯料与模具之间的摩擦系数的因素很多，如坯料与模具的表面质量、润滑情况、变形时坯料的温度、变形速度及变形程度等，这些因素彼此之间又相互影响，很难定量研究单个因素对摩擦系数的影响[1]。圆环镦粗法是20世纪60年代提出来的一种测定塑性成形时摩擦系数的方法[2]，可用于测定在设定热加工参数(变形温度、变形速度及变形量等)条件下的摩擦系数，是研究金属塑性成型过程坯料与模具表面之间摩擦系数的一种简单、可靠的方法。本文以7050铝合金为研究对象，利用高温圆环镦粗法对不同的热加工参数、润滑条件进行了试验，研究了变形速度、变形温度及润滑状态对摩擦系数的影响，得到了7050铝合金在特定热加工参数下的摩擦系数。

1　试验材料与方案

由某公司提供的7050铝合金轧制厚板材，从厚度方向取样，将试样加工成外径36 mm、内径18 mm、高度12 mm(外径∶内径∶高度为6∶3∶2)的标准环状试样，圆环尺寸、精度及粗糙度要求见图1(a)。使用线切割加工圆环试样，圆环高度最终尺寸预留0.1 mm余量，然后对试样两个端面进行抛光，保证了圆环上下端面与侧面的垂直度、上下端面的平行度及表面质量，加工后的圆环试样如图1(b)所示。试验模具的预热温度与试样加热温度相同，所有试样在80～100℃涂敷、烘干玻璃润滑剂，到温装炉，保温时间为15 min，镦粗后用碱洗去试样表面的污垢。本实验主要研究了变形速度、变形温度及润滑剂对7050铝合金高温变形摩擦系数的影响，具体方案如表1。

2　试验结果及讨论

2.1变形速度对摩擦系数的影响

镦粗后的圆环试样如图2。从图2可以看出，在变形温度、变形速度相同时，随变形程度的升高，镦粗后圆环内径逐渐减小、不规则程度增加，表明随着变形程度的升高，试样同模具之间的摩擦系数发生着变化。

将镦粗后的圆环测量值代入标准摩擦系数标定曲线，如图3。从图3可见，在变形程度为20%

(a)

(b)

表1　7050铝合金圆环镦粗方案

时，变形速度为2 mm/s、5 mm/s、10 mm/s时的摩擦系数相同为0.57；变形程度为40%时，变形速度为5 mm/s时的摩擦系数最小为0.3。

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

图27050铝合金不同变形速度下镦粗后的圆环试样

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

图3　不同变形速度下7050铝合金摩擦系数标定

2.2变形温度对摩擦系数的影响

变形温度分别为320℃、350℃、380℃和420℃时摩擦系数标定曲线如图4。从图4可见，变形程度为20%时，变形温度为320℃、350℃、380℃时的摩擦系数为0.57，变形温度420℃时的摩擦系数最小为0.2；变形程度为40%时，变形温度为320℃、350℃时的摩擦系数为0.57， 380℃变形温度下的摩擦系数为0.3，420℃变形温度下的摩擦系数最小为0.2。由此可见，在相同的变形程度下摩擦系数随变形温度的升高而降低，在420℃时摩擦系数最小。

图4　不同变形温度下7050铝合金摩擦系数标定

(a)水基石墨润滑剂　　　　　　　　　　　　(b)玻璃润滑剂

图6　不同润滑剂下7050铝合金摩擦系数标定

2.3润滑剂对摩擦系数的影响

选用了水基石墨、油基石墨、油和玻璃润滑剂进行7050铝合金圆环镦粗试验，其中水基石墨、油基石墨、油作为润滑剂镦粗后的试样形状基本类似。选取水基石墨润滑剂镦粗后的试样作为典型试样，如图5(a)所示。图5(b)为选用玻璃润滑剂镦粗后的圆环试样。表2为不同润滑剂条件下镦粗后的圆环试样测量值。从表2可见，采用水基石墨润滑，变形程度40%时内径缩减率为负

表2　不同润滑剂条件下镦粗后的7050铝合金圆环内径缩减率及摩擦系数

值，说明其中性层在原始圆环试样内径内部，此时的摩擦系数很小，可见润滑条件对摩擦系数的影响很大。图6为采用水基石墨、油基石墨、油润滑时的摩擦系数标定。在变形程度、变形速度和变形温度相同的条件下水基石墨、油基石墨、油的摩擦系数值基本一样，是相同工况下使用玻璃润滑摩擦系数的1/10左右。可见润滑条件比变形速度、变形温度和变形程度对摩擦系数的影响要大很多。

3　结论

(1)采用圆环镦粗法完成了7050铝合金高温摩擦系数的测定，2 mm/s、5 mm/s、10 mm/s变形速度对7050铝合金高温摩擦系数的影响差异性不大。

(2)7050铝合金高温变形摩擦系数随变形温度的升高而降低，在420℃时摩擦系数最小。

(3)润滑剂的使用和选择对7050铝合金高温变形摩擦的影响很大。使用水基石墨、油基石墨或油作为润滑剂时的摩擦系数是使用玻璃润滑剂时摩擦系数的1/10。

(4)7050铝合金在变形温度为420℃、变形速度5 mm/s、油基石墨润滑条件下的变形摩擦系数最小。

[1]许勇顺，徐洪烈，黄学玲.圆环镦粗法测定摩擦系数的探讨[J].太原机械学院学报，1990，11(4)：53-60.

[2]汪大年.金属塑性成型原理[M].北京：机械工业出版社，1982.

编辑杜青泉

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

国家重大专项资助项目(2012ZX04010-081)

沈文涛，男，工程师，主要从事航空材料热处理工艺研究。

TH122

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