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摘要：就目前的机械加工而言，很多方面的因素都会对加工质量及效率产生影响，而机械振动就是其中比较重要的影响因素，因而需要有效解决这一问题，以保证机械加工的更有效进行，使加工要求得到满足。因此，在实际加工生产过程中，相关技术人员需要对机械振动的成因充分认识及把握，针对这些成因，选择有效的措施将机械振动问题解决，保证机械的正常使用，从而保证机械加工能够取得更加满意的效果。本文主要分析机械振动频率对搅拌铸造建筑耐火钢性能的影响。
关键词：机械振动频率；建筑耐火钢；搅拌铸造；力学性能；抗火灾能力
引言
机械振动搅拌铸造可以细化建筑耐火钢的组织，提高490MPa级建筑耐火钢的室温和高温力学性能及抗火灾能力，机械振动频率优选35Hz。随机械振动频率从0逐渐增加到55Hz，490MPa级建筑耐火钢室温及高温强度、25℃屈强比、600℃屈强比、600℃屈服强度与25℃屈服强度的比值均呈现出先增大后减小的变化趋势，耐火钢抗火灾能力先提高后下降。
1、试验材料和方法
1.1试验材料
选用490MPa级建筑耐火钢为研究对象。耐火钢试样的铸造工艺过程为：首先按照耐火钢化学成分进行配料；接着在GWL02.0型中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度均为1530℃；再将熔融钢液置于1500℃保温25min；然后进行搅拌铸造，即浇注过程中一直采用自制的机械振动辅助浇注装置对熔融钢液进行搅拌，直至浇注过程结束；最后空冷，获得所需的建筑耐火钢铸态试样（准50mm×250mm）。为了研究机械振动频率对搅拌铸造建筑耐火钢室温及高温力学性能的影响，在搅拌铸造中浇注温度和浇注时间均保持不变，仅改变机械振动频率。
1.2试验方法
用线切割在试样中部位置切取圆形金相试样，尺寸为准20mm×10mm，然后经过磨制、抛光、腐蚀、吹干后置于PG18型金相显微镜下观察。用线切割在铸态试样两端和中部位置各切取一个拉伸样，以3个拉伸样测试值的算术平均值作为试样性能的测试值。拉伸试验分别在25℃室温、600℃高温下进行，拉伸速度1mm/min。拉伸试验后将拉伸断口置于JSM6510型扫描电镜下观察。
2、试验结果及讨论
2.1力学性能
采用不同机械振动频率搅拌铸造的建筑耐火钢试样室温及高温力学性能测试结果。表中25℃室温屈强比是指25℃室温测试环境下试样屈服强度与抗拉强度的比值；600℃高温屈强比是指600℃高温测试环境下试样屈服强度与抗拉强度的比值。与没有机械振动相比，采用机械振动搅拌铸造的建筑耐火钢的室温及高温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都得到明显提高。机械振动搅拌铸造改善了建筑耐火钢的室温及高温力学性能。此外，随机械振动频率从0逐渐增加到55Hz，试样25℃屈强比、600℃屈强比、600℃屈服强度与25℃屈服强度的比值均呈现出先增大后减小的变化趋势，试样抗火灾能力表现为先提高后下降的变化趋势。当采用机械振动频率35Hz搅拌铸造工艺进行铸造时，试样25℃屈强比、600℃屈强比、600℃屈服强度与25℃屈服强度的比值均达到最大值。与不采用机械振动搅拌铸造（机械振动频率为0）相比，采用机械振动频率35Hz搅拌铸造工艺铸造试样的25℃屈强比从0.71增大到0.79，600℃屈强比从0.64增大到0.74，600℃屈服强度与25℃屈服强度的比值从0.75增大到0.82，试样抗火灾能力得到明显改善。
2.2讨论与分析
在建筑耐火钢铸造过程中引入机械振动辅助搅拌铸造可以显著改善建筑耐火钢的内部组织、室温和高温力学性能，提升建筑耐火钢抗火灾能力。
这主要是因为在建筑耐火钢铸造过程中引入的机械振动辅助搅拌铸造，一方面可以使熔融钢液在浇注过程中的内部相对运动次数增多，达到细化晶粒的效果，从而改善建筑耐火钢的室温及高温力学性能，提升建筑耐火钢的抗火灾能力；另一方面，机械振动的存在使得钢液在凝固过程中的熔体对流加剧，促使溶质元素的均匀扩散，改善凝固组织中的偏析，从而促使建筑耐火钢铸锭在不同区域的化学成分更加均匀，提升建筑耐火钢的力学性能及抗火灾能力。如果机械振动频率过低，机械振动辅助搅拌铸造的积极作用难以充分发挥，建筑耐火钢内部组织难以达到理想的细化状态和均匀分布，从而难以获得理想的力学性能及抗火灾能力。适当提高机械振动频率，有助于建筑耐火钢在浇注过程中实现晶粒细化、成分和组织均匀分布，从而获得优异的力学性能和抗火灾能力。但是，如果机械振动频率过高，容易导致熔融钢液内部流动紊乱，使得熔体对流过度激烈，无法实现晶粒细化和成分组织的均匀分布，难以进一步提升建筑耐火钢的力学性能和抗火灾能力。这也是为什么随机械振动频率从0逐渐增加到55Hz，建筑耐火钢室温高温力学性能及抗火灾能力先提高后下降的原因。综上所述，本试验研究的490MPa级建筑耐火钢的机械振动频率优选为35Hz。
3、机械加工中机械振动的有效解决对策
3.1机械加工中自激振动的解决对策
在实际机械加工过程中，对于自激振动的发生，实际加工时应以设备本身为起点，选择有效措施进行加工，具体包括以下项目。首先，刀具使用中的几何参数需要合理的定义，具体而言，需要根据刀具使用的要求合理的选择参数，其中需要注意确定刀具前角系数以及主角系数，这是因为这两个系数属于产生的最关键的影响因素通常，当主角度增大时，前角度也会增大，导致振幅减小，还可以避免自激振动情况的发生。所以，在实际加工过程中，应注意最大限度地增加主角度，但要注意的一点是，必须有效控制前角度的大小，如果前角度太大，会降低刀片的强度，并对刀片造成损害。其次，合理选择切削用量。对于切削用量，对于切削用量而言，其中主要包括三个方面指标，分别为切削深度、进给量以及进给速度，这些指标之间存在密切关系，当其中一个指标发生变化时，其他指标也会产生一定的变化。因此，为了保证机加工质量，需要合理选择切削用量参数。基于对自激振动的考虑，在实际安装中，可以适当减小其切削深度，以增加进给量，并选择合适的切削速度，使自激振动得到有效消除。另外，选择科学合理的减振措施。在实际机械加工过程中，如果机械系统的抗振动能力比较理想，也可以有效避免自激振动的发生，因此在实际加工过程中可以适当提高机械系统的刚度，从而可以有效地控制自激振动。首先，机械接触面可提前加工，常用加工措施主要包括涂漆、喷涂以及镀锌等方式。其次，旋转系统中的轴承缝隙需要合理调整，具体调整时需要借鉴实际生产中的相关标准。再次，对于运行轴承，可以适当地提升其预紧力。
3.2机械加工中强迫振动的解决对策
在机械加工过程中，为了使强制振荡能够有效解决，必须从以下几个方面入手。首先，选择分离外部振动源的方法，在这方面是实际机械加工的需要，相关动力设备应进行适当的隔离，从而消除振动源的影响，也可以使用一些防振材料来隔离振动设备，也可以消除电机振动的影响，这样也可以消除强迫振动。其次，可以对振源频率进行合理的协调，在这方面，主要需要注意的是，对于机械振动频率和整体机械加工系统的振动频率，两者都应避免，这样还能有效避免共振情况的发生，从而也避免了被迫振动的发生。此外，还可以选择增加系统阻尼的方法，以保证系统刚度和稳定性的提高，从而也可以有效避免系统振动情况的发生，从而防止强制振动情况的发生。例如，可以配备减震设备，用于喷洒和填充减震材料。然而，在这方面需要注意的一点是，对于不同的机加工产品，必须选择不同的措施来进行有效的加工。
4结束语
综上所述，建筑火灾的发生容易造成建筑物的坍塌并给人民生命和财产安全带来巨大影响，在建筑火灾的高温作用下，建筑材料的力学性能会急剧恶化，并造成整体结构承载能力降低，如何提升建筑材料抵抗高温软化的能力是建筑结构材料科研工作者共同努力的目标。
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