钦合金因为具有强度高、耐腐蚀性好和耐热性佳等特点，而被广泛地应用于航空航天、船舶、医疗等领域。随着体育器材性能要求的不断提高，钦合金在体育器材领域的应用将越来越广泛。我们都知道，钦合金产品的性能与其成形工艺密切相关。钦合金管件作为一种常用的体育器材产品，其成形工艺备受关注。磁脉冲成形是近年来新发展起来的一种成形工艺。它是一个多学科交叉的技术，是一种利用洛伦兹力，使金属工件快速成形的加工技术。它具有表面质量高、瞬间成形、变形小、易于实现机械化和自动化等优点。但是，目前关于体育器材钦合金管件的磁脉冲成形工艺研究，还鲜有报道，这严重阻碍了钦合金在体育器材上的应用。为此，本文尝试采用不同的工艺对体育器材钦合金管件进行磁脉冲成形试验，并通过管件的耐磨损性能、耐腐蚀性能的测试与分析，优化了体育器材钦合金管件的磁脉冲成形工艺。

1 试验材料与方法

试验材料为挤压态T}-6a1-4v体育器材钦合金管，尺寸为:外径小30 mm ,壁厚3mm、长度300 mm试验采用磁脉冲成形方法，将该管距离端头30 mm段的外径扩大为c}40 mm。管件的磁脉冲成形在EMF-60型电磁脉冲成形设备上进行。磁脉冲成形的工作原理如图1所示。它通过电容器电源对驱动线圈放电，在驱动电车内产生强大的脉冲电流，从而在金属工件中产生感应涡流，在激励电流和感应涡流之间产生的相互电磁力，驱动金属工件加速并发生塑性变形，从而实现金属工件的脉冲成形。体育器材钦合金管件各试样的磁脉冲成形工艺参数如表1所示。

在外径扩大为科Omm的体育器材钦合金管上切取测试试样。采用MG-2000型磨损试验机测试试样的耐磨损性能，磨轮转速为300r/min、磨损时间15min、相对滑动速度90 mm/min、磨损载荷100 N，测试温度为室温，并用PG18型金相显微镜观察试样磨损后的表面形貌。采用FQY050型盐雾腐蚀试验箱，依据国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行试样的中性盐雾腐蚀试验。试验溶液为(50 ± 5)g的氯化钠水溶液，溶液pH值为6.85 ± 0.35，试验温度为(35 ± 2) ℃，试验时间720 h，以试样的质量变化率表征试样的耐腐蚀性能，并用JSM6510型扫描电子显微镜(SEM)观察试样的表面腐蚀形貌。

2 试验结果及分析

2.1 电磁脉冲成形工艺对耐磨损性能的影响

采用不同工艺参数进行端部外径扩大的Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件成形后的耐磨损性能测试结果如图2所示。在摩擦磨损试验过程中，管件的磨损体积越大，管件的耐磨损性能越差;相反，如果磨损体积越小则耐磨损性能越好。从图2可以看出，在都使用聚乙烯膜润滑的情况下，随放电电压从8kV增大至15 kV，管件的磨损体积是先减小后增大(试样1一5)，管件的耐磨损性能先提高后下降。当放电电压为8kV(试样1)时，管件的磨损体积最大，为47 x 10-3 mm3，管件的耐磨损性能最差;当放电电压为14kV(试样4)时，管件的磨损体积最小，为24 x 10-3 mm3，较8kV放电电压时的磨损体积减小了49 %，管件的耐磨损性能最好。此外，从图2还可以看出，在放电电压相同的情况下，是否使用聚乙烯膜润滑对管件耐磨损性能产生明显影响。与不使用聚乙烯膜润滑(试样6)相比，使用聚乙烯膜润滑(试样4)时管件的磨损体积从52x 10-3 mm3减小至24x 10-3mm3，减小了54%。由此可以看出，使用聚乙烯膜润滑能显著提高管件的耐磨损性能。

图3是放电电压为8kV的试样1和放电电压为14 kV的试样4在摩擦磨损试验后的表面形貌。从图3可以看出，在都使用聚乙烯膜润滑的情况下，采用8kV放电电压时(试样1)，管件摩擦磨损试验后表面出现较多的蚀坑和较深的磨痕，管件的磨损现象较为严重;采用14kV放电电压时(试样4)，管件摩擦磨损试验后表面无明显的蚀坑，也无较深的磨痕，仅有细小的磨痕，管件的磨损现象较8kV放电电压时明显减轻。这与管件的磨损体积测试结果一致。由此可以看出，为了提高Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件成形后的耐磨损性能，磁脉冲成形时的放电电压优选为14kV，并使用聚乙烯膜润滑。

2.2 电磁脉冲成形工艺对耐腐蚀性能的影响

采用不同工艺参数进行端部外径扩大的Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件成形后的耐腐蚀性能测试结果如图4所示。在720 h中性盐雾腐蚀试验过程中，管件的质量变化率越大，管件的耐腐蚀性能越差;相反，如果质量变化率越小则耐腐蚀性能越好。从图4可以看出，在都使用聚乙烯膜润滑的情况下，随放电电压从8kV增大至15 kV，管件的质量变化率呈现出先减小后增大的变化趋势，管件的耐腐蚀性能先提高后下降。当放电电压为8kV(试样1)时，管件的质量变化率最大，为6.53%，管件的耐腐蚀性能最差;当放电电压为14kV(试样4)时，管件的质量变化率最小，为4.68%，较8kV放电电压时的质量变化率减小了28%，管件的耐腐蚀性能最好。此外，从图4还可以看出，在放电电压相同的情况下，是否使用聚乙烯膜润滑对管件耐腐蚀性能产生明显影响。与不使用聚乙烯膜润滑(试样6)相比，使用聚乙烯膜润滑(试样4)时管件的质量变化率从7.33%减小至4.68%，减小了36%。由此可以看出，使用聚乙烯膜润滑能显著提高管件的耐腐蚀性能

图5是放电电压为8kV的试样1和放电电压为14kV的试样4在中性盐雾腐蚀试验后的表面形貌SEM照片。从图5可以看出，在都使用聚乙烯膜润滑的情况下，采用8kV放电电压时(试样1)，管件中性盐雾腐蚀试验后表面出现较多大小不一、深浅不一的团状腐蚀坑，管件的腐蚀情况较为严重;采用14 kV放电电压时(试样4)，管件中性盐雾腐蚀试验后表面无明显的团状蚀坑，有较多细小的腐蚀点，管件的腐蚀情况较8kV放电电压时明显减轻。这与管件在720 h中性盐雾腐蚀后的质量损失率测试结果一致。由此可看出，为了提高Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件成形后的耐腐蚀性能，磁脉冲成形时的放电电压优选为14kV，并使用聚乙烯膜润滑。

2.3 讨论与分析

在采用磁脉冲成形方法对Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件距离端头30 mm段的外径由小30 mm扩大为小40 mm过程中，主要利用的就是电磁感应原理。当把高压开关打开后，电容器组进人到放电过程，脉冲电流在流经感应线圈的过程中产生脉冲磁场，从而使得位于脉冲磁场内的金属工件产生电磁感应效应，进而在金属工件内部产生涡流，导致次级磁场的产生。脉冲磁场和次级磁场在线圈与金属工件之间发生叠加，从而使瞬间强大的洛伦兹力作用于金属工件上，从而使得金属工件在瞬间完成成形，实现本试验所需的钦合金管件距离端头30 mm段的外径由小30 mm扩大为小40 mm。在磁脉冲成形过程中，放电电压是极其重要的工艺参数。当放电电压过低，使得线圈与金属工件之间发生叠加的脉冲磁场和次级磁场过小，作用在钦合金管件上的洛伦兹力太小，难以使管件发生很好的成形，甚至产生裂纹等缺陷，导致成形后的钦合金管件耐磨损性能和耐腐蚀性能都较差;随着放电电压的增大，作用在钦合金管件上的洛伦兹力逐渐增大，使得管件在瞬间发生良好的变形，从而提高钦合金管件的耐磨损性能和耐腐蚀性能;但是放电电压过高，将导致作用在管件上的洛伦兹力过大，使得管件过度减薄甚至出现裂纹等缺陷，导致钦合金管件的耐磨损性能和耐腐蚀性能非但没有提高反而有所下降。在磁脉冲成形过程中，如果使用聚乙烯膜润滑，能有效减小摩擦系数，使得管件在成形过程中获得更小的转角半径和更小的管件减薄，从而显著提高管件的耐磨损性能和耐腐蚀性能。

3 结论

(1)随放电电压从8kV增大至15 kV , Ti-6A1-4 V管件的磨损体积、720 h中性盐雾腐蚀后的质量变化率均先减小后增大，管件的耐磨损性能和耐腐蚀性能先提高后下降。

(2)与不使用聚乙烯膜润滑相比，使用聚乙烯膜润滑时Ti-6A1-4V管件的磨损体积从52x 10-3 mm3减小至24x 10-3 mm3，减小了54 % ; 720 h中性盐雾腐蚀后的质量变化率从7.33%减小至4.68 %，减小了36%。

(3)在进行Ti-6A1-4V体育器材钦合金管件磁脉冲成形时，放电电压优先为14kV，并使用聚乙烯膜润滑。

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