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        AZ80A鎂合金線膨脹系數(shù)的研究

        2019-05-24 02:51:24錢亞鋒
        中國(guó)金屬通報(bào) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:平均線頂桿牌號(hào)

        吳 洋,錢亞鋒,方 明

        (國(guó)家鎂及鎂合金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,河南 鶴壁 458030)

        鎂合金常溫下穩(wěn)定性較高,加工尺寸精度高,可進(jìn)行高精度機(jī)械加工[1]。鎂合金密度低,廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業(yè)中,達(dá)到輕量化的目的[2,3]。但是由于鎂合金材料的膨脹系數(shù)較大,難以應(yīng)用于一些工作溫度環(huán)境復(fù)雜、對(duì)尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備或零部件,限制了其更廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)在鎂合金線膨脹系數(shù)測(cè)定方面的報(bào)道較少,對(duì)低線膨脹系數(shù)鎂合金的制備方面的報(bào)道更少。因此,對(duì)于AZ80A鎂合金與其它牌號(hào)鎂合金低溫階段的線膨脹系數(shù)的測(cè)定與比較,可以為以后低線膨脹系數(shù)鎂合金的研究提供參考依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        鑄態(tài)AZ80A鎂合金棒、擠壓態(tài)AZ80A鎂合金棒、擠壓態(tài)AZ31B鎂合金棒和擠壓態(tài)AZ61A鎂合金棒;尺寸為8mm×50mm。

        1.2 設(shè)備與原理

        金屬材料的熱膨脹行為是原子受熱后做非簡(jiǎn)諧振動(dòng)的結(jié)果[4],熱膨脹的大小反映了晶格之間結(jié)合能的大小,不同的原子受熱后對(duì)材料的膨脹貢獻(xiàn)不同[5]。測(cè)量線膨脹系數(shù)的常用方法為頂桿法,采用機(jī)械測(cè)量原理,即將試樣的一端固定在支持器的端頭上,另一端與頂桿接觸,試樣、支持器和頂桿同時(shí)加熱,試樣與這些部件的熱膨脹差值被頂桿傳遞出來(lái),并被測(cè)量[6]。本研究測(cè)試方法采用頂桿法,測(cè)試設(shè)備為湘潭湘科ZRPY-DW低溫?zé)崤蛎泝x,測(cè)試溫度范圍-20℃至120℃。平均線膨脹系數(shù)的公式[7]為:

        式中:T1為原始溫度,T2為升溫后的溫度,L1為T1溫度下的原始長(zhǎng)度,L2為T2溫度下的長(zhǎng)度,ΔL為變形量(L2-L1),ΔT為溫差(T2-T1)。其中,線膨脹系數(shù)的單位為10-6K-1。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        測(cè)試時(shí)試樣從-20℃升溫至120℃,平均升溫速率為5℃/min,記錄試樣每10℃的膨脹量,測(cè)試停止后,通過(guò)記錄的不同溫度的膨脹量,得出膨脹量-溫度曲線,并計(jì)算出各種溫度段的平均線膨脹系數(shù)。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 擠壓態(tài)AZ80A鎂合金平均線膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系

        擠壓態(tài)AZ80A鎂合金的膨脹量與溫度的關(guān)系如圖1所示,從圖中可以看出,在-20℃至120℃的溫度區(qū)間上,其膨脹量隨著溫度的升高而增長(zhǎng),在20℃至40℃之間,膨脹量相對(duì)于溫度區(qū)間的增長(zhǎng)量有增大的趨勢(shì),40℃之后,增長(zhǎng)量趨勢(shì)變緩,這個(gè)趨勢(shì)也可以體現(xiàn)在10℃區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)上。圖2為區(qū)間為10℃的平均線膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系,例如20℃對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為10至20℃區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)。從圖中可以看出,30℃和40℃對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),即20至30℃區(qū)間和30至40℃區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)比其他溫度區(qū)間略高,這與圖1中膨脹量的變化趨勢(shì)一致。

        圖1 膨脹量與溫度的關(guān)系曲線

        圖2 平均線膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線

        2.2 擠壓態(tài)AZ80A鎂合金與AZ31B和AZ61A鎂合金平均線膨脹系數(shù)的差異

        經(jīng)過(guò)測(cè)試計(jì)算,擠壓態(tài)AZ80A、AZ31B和AZ61A鎂合金平均線膨脹系數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。從表中可以看出,同一個(gè)牌號(hào)的鎂合金在-20至120℃和0至120℃這兩個(gè)溫度區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)差異不大,0至120℃區(qū)間的較高,可能是因?yàn)樵?℃以下,原子非簡(jiǎn)諧振動(dòng)減弱,導(dǎo)致鎂合金的膨脹量略微減少。

        表1 擠壓態(tài)AZ80A、AZ31B和AZ61A鎂合金平均線膨脹系數(shù)

        2.3 擠壓態(tài)和鑄態(tài)AZ80A鎂合金平均線膨脹系數(shù)的差異

        擠壓態(tài)和鑄態(tài)AZ80A鎂合金是相同牌號(hào)不同加工狀態(tài)的鎂合金,金屬晶粒大小不同。圖3分別為鑄態(tài)和擠壓態(tài)AZ80A鎂合金金相圖片,從圖中可以直觀看出,擠壓態(tài)AZ80A鎂合金的晶粒明顯更為細(xì)小。

        圖3 鑄態(tài)和擠壓態(tài)AZ80A鎂合金金相組織

        通過(guò)表1可以看出,相比鑄態(tài)AZ80A,擠壓態(tài)AZ80A在-20至120℃和0至120℃兩個(gè)溫度段的平均線膨脹系數(shù)差異更低。這可能是因?yàn)閿D壓態(tài)AZ80A鎂合金擁有較小的晶粒,使得其晶格能較大,平均線膨脹系數(shù)較低。

        3 結(jié)論

        擠壓態(tài)AZ80A鎂合金在-20℃至120℃的溫度區(qū)間上,其膨脹量隨著溫度的升高而增長(zhǎng),在20℃至40℃之間,平均線膨脹系數(shù)有增大的趨勢(shì)。

        同一個(gè)牌號(hào)的鎂合金在-20至120℃和0至120℃這兩個(gè)溫度區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)差異不大,0至120℃區(qū)間的略高。

        擠壓態(tài)AZ80A鎂合金比鑄態(tài)AZ80A鎂合金晶粒更小,平均線膨脹系數(shù)更低。

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