高熵型MnCuNiFeZn阻尼合金的高温阻尼行为与相变特征

制备了新型MnCuNiFeZn高熵阻尼合金,利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、动态热机械分析仪(DMA)与热膨胀仪等研究其微观组织、阻尼特性以及相变特征。研究表明,在固溶以及不同时效工艺下,MnCuNiFeZn合金均为单一母相,合金晶粒大小均匀,呈现出高位错密度特征。随着时效时间的延长,合金常温下发生磁性转变,但常温段的内耗值很低;在673 K以上的高温域,MnCuNiFeZn合金因相变使得内耗值急剧提高。

阻尼合金研究进展

阻尼合金作为一种能通过组织内部的缺陷运动使振动能转化为热能耗散的材料,兼具较高力学性能和一定功能特性,在航空航天、武器装备等领域的开发和研究具有重要意义。不同合金体系之间存在微观组织上的差异,即对阻尼起主导作用的缺陷种类不同,而组织缺陷的性质(种类、密度及可动性)是影响合金阻尼性能的关键因素。本文从组织缺陷(面缺陷、线缺陷和点缺陷)的角度出发,阐述了不同合金体系的阻尼源种类和性能特点,针对合金阻尼性能、力学性能以及功能特性(耐蚀性、铸造性能等)之间的关系综述了各类阻尼合金的发展现状,进而归纳出不同阻尼合金的发展规律和差异。最后,本文对阻尼合金的研究方向做出展望,由于合金阻尼源种类过于单一会严重限制减振性能的提升,而通过材料复合化及高熵合金化可实现合金中多种阻尼源的共存,产生多阻尼机制耦合效应,实现合金阻尼性能的二维扩展,改善合金力学性能及功能特性,为提升合金综合性能起到重要指导。

退火时间对轧制Mg-Al-Ca-Mn-Zn镁合金组织及阻尼性能的影响

采用光学显微镜(OM)、动态热分析仪、X射线衍射仪(XRD)、拉伸实验机以及扫描电镜(SEM)等研究了退火时间(0~3 h)对大应变、单道次轧制后Mg-1.2Al-0.4Ca-0.3Mn-0.3Zn镁合金板材的显微组织、力学性能以及阻尼性能的影响。结果表明:随着退火时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐增大,抗拉强度逐渐降低,从0 h的247 MPa降低至3 h的227 MPa;退火处理后合金的伸长率较轧制态有所增加,伸长率在退火2 h后最高,为23.4%;在低应变振幅阶段时,退火时间对合金的阻尼性能影响较小;在高应变振幅阶段时,阻尼性能随着退火时间的延长有明显提升。

轧后退火时间对轧制ZK60镁合金显微组织及力学和阻尼性能的影响

对大应变轧制态ZK60镁合金进行350℃退火处理,研究了退火时间(0~3 h)对其显微组织、阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:随着轧后退火时间由0延长到3 h,ZK60镁合金发生静态再结晶的程度增大,平均晶粒尺寸由6.86μm增大至23.35μm,位错密度由3.5391×10^(15) m^(-2)减小至1.3368×10^(15) m^(-2),(0002)基面织构强度由12.782弱化至1.715,抗拉强度由309 MPa降低到291 MPa,断后伸长率由22.60%增大到28.60%。在应变振幅小于0.01时,轧后退火处理对合金阻尼性能的影响较小;在应变振幅大于0.01时,随着退火时间的延长,轧后退火态合金的阻尼性能提升。

轧制应变速率对Mg-1%Al合金组织、阻尼和力学性能的影响

在不同应变速率下轧制Mg-1%Al合金板材,研究了轧制应变速率对Mg-1%Al合金显微组织、力学性能和阻尼性能的影响。随着轧制应变速率增加,Mg-1%Al合金的平均晶粒尺寸和再结晶体积分数增加;抗拉强度、屈服强度和织构强度减小;延伸率先升高后降低,在应变速率20 s^(-1)时达到最高,为25.33%。随着应变速率增加,室温阻尼性能增加,应变速率30 s^(-1)下应变振幅0.1%时阻尼值为0.061,是应变速率15 s^(-1)时的1.5倍。应变速率一定时,阻尼性能随着频率增加而降低。

阻尼合金研究现状

阻尼合金通过形成复杂的相结构或者引入微观缺陷来增加材料的内耗,在振动或冲击作用下能够吸收和消耗能量,从而有效降低振动和噪声,在航空航天、汽车制造、精密仪器等领域有广阔的应用前景。随着交通、铁路、信号传输等领域对减振以及传输质量要求的提高,其应用领域越来越广泛,对材料结构功能一体化的需求也越来越高。本文简要论述了复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、铁磁型阻尼合金以及孪晶型阻尼合金的阻尼机理,分析对比了国内外不同成分的阻尼合金,总结归纳了阻尼合金的研究现状,通过适当的合金设计和热处理工艺,引入不同的阻尼源,改变合金的成分或相结构,可以显著提升合金的阻尼性能和力学性能。对阻尼合金的发展趋势做出了展望,强调了研制新型复合阻尼机制合金的重要性,材料复合技术通过将不同特性的材料结合起来,有助于提高合金的阻尼峰值,扩大合金的适用范围,同时本文提出了对微观结构与阻尼关系深入研究的必要性,这将对分析孪晶型阻尼合金阻尼机制具有重要的意义。

高阻尼合金基座减振特性研究

因舰船设备基座用金属材料的阻尼性能有限,开展高阻尼合金基座减振特性研究,利用阻尼合金材料的高阻尼特性可进一步提升基座减振能力。通过数值计算对比分析高阻尼合金基座与常规钢制基座的动力学特性,设计2种不同材料的典型基座,通过振动测试对比这2种材料基座的输入阻抗及振级落差指标。研究表明,等质量及板厚设计条件下,阻尼合金基座输入阻抗低于传统钢制基座的输入阻抗,基座振级落差较传统钢制基座可提高4 dB~7 dB。研究结果对高阻尼合金基座设计及减振性能优化具有一定指导意义。

M2052阻尼合金化学镀Ni-Cu-P后摩擦磨损和冲刷腐蚀性能研究

在M2052阻尼合金上化学镀Ni-Cu-P镀层,1 h后获得了厚度为9.2μm的非晶镀层。随后分析了镀层的表面和截面形貌、元素组成和相结构。对比了施镀前后样品的表面能、摩擦磨损性能和耐冲刷腐蚀性能的变化。结果表明,在化学镀Ni-Cu-P之后,M2052合金的耐蚀性能提高,与基体相比,施镀后样品的耐磨性能和耐冲刷腐蚀性能有极大改善。

Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂对Zn−Al共析合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转变为细小花瓣状。通过边−边匹配晶体学模型(E2EM)建立孕育剂中CeB_(6)和NbB_(2)颗粒与α相之间的位向关系(ORs),并基于该E2EM模型揭示孕育剂对ZA22合金的细化机理。与未细化ZA22合金相比,孕育细化ZA22合金的高温阻尼性能,特别是逆共析转变阻尼峰得到显著提升。此外,孕育细化ZA22合金的室温拉伸力学性能也得到了显著提高,具有最佳细化效果的ZA22合金的抗拉强度和伸长率分别比未细化ZA22合金的高18.56%和119.04%。对相关机理进行了讨论。

基于非比例阻尼模态叠加的阻尼合金动力学拓扑优化研究

针对阻尼合金在动力学拓扑优化中的非比例阻尼特征,基于实模态进行非比例阻尼结构响应的迭代模态叠加算法,结合移动渐近线方法,构建了一种考虑非比例阻尼特性的阻尼合金动力学拓扑优化模型。案例分析结果表明:该模型较传统的基于比例阻尼的拓扑优化方法对阻尼合金的形状和布局优化具有更佳效果,可为类似阻尼合金在应用中的形状和布局设计提供思路借鉴和方案参考。

基于阻尼合金层的轴箱弹簧驻波效应抑制研究

高速列车轴箱弹簧是转向架结构传声的主要路径,其驻波效应会对转向架高频隔振特性乃至车内噪声产生显著影响。因此,基于弹簧驻波效应机理,采用有限元法建立轴箱弹簧有限元模型,探究轴箱弹簧在0~2000Hz频率区段内的模态应变能分布特点,提出在轴箱弹簧簧条内侧敷设阻尼合金层的结构设计方案,调查阻尼合金层厚度对抑制特性的影响。结果表明,由于轴箱弹簧质量分布惯性作用的影响,其高频段会产生明显的驻波效应,对轴箱弹簧隔振性能产生显著影响。在轴箱弹簧簧条内侧贴附阻尼合金层可以有效提升其阻尼性能,2 mm厚阻尼合金层可将轴箱弹簧模态损耗因子从0.001提升至0.005,峰值密集区和峰值稀疏区选取的振动峰值抑制量分别可达16.3 dB和13.4 dB,三分之一倍频段抑制量最高可达6.8dB。该研究结果可为高速列车振动与噪声控制提供指导和支撑。

热轧变形量对Fe-18Mn合金显微组织和阻尼性能的影响

对退火态Fe-18Mn合金进行不同变形量(5%~22%)的热轧,通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及动态热机械分析仪表征物相组成、显微组织和阻尼性能,研究了热轧变形量对合金组织与阻尼性能的影响。结果表明:热轧前后试验合金均主要由ε马氏体、α'马氏体和奥氏体组成,但热轧后更多奥氏体向ε马氏体转变,使ε马氏体含量增加,奥氏体含量减小;热轧后三相含量随变形量增加无明显变化,但阻尼因子降低。变形量5%热轧后,ε马氏体层错、奥氏体层错和ε马氏体/γ奥氏体界面的贡献降低是阻尼性能相比于热轧前降低的主要原因;当热轧变形量从5%增加至22%后,ε马氏体中层错的贡献降低是阻尼性能进一步降低的原因之一。

锰铜阻尼合金的非线性力学特性特征参数确定方法

锰铜阻尼合金非线性力学特性的特征变化规律已被广泛研究,但如何通过仿真准确描述其非线性力学行为,并对由其制成的结构件进行设计与优化,是对其进行工程应用研究的前提与关键。基于超弹性模型和并联流变模型(Parallel Rheological Framework,PRF),描述一种典型孪晶型阻尼合金材料的非线性力学特性,重点讨论由单轴拉伸试验和动态机械分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA)试验确定PRF模型特征参数的方法:通过拟合单轴拉伸试验数据得到超弹性模型参数;基于多应变DMA三点弯曲频率扫描实验,通过实验数据拟合得到线性黏弹性Prony级数模型,通过PRF模型进行参数转换,将线性黏弹性模型参数转化为非线性PRF模型初始参数;结合超弹性模型,采用Isight软件对PRF模型参数进行优化,确定锰铜阻尼合金的非线性力学特性特征参数;最后,在Ω型锰铜阻尼合金支座的顶部施加竖向扫频激励,通过扫频试验数据和仿真计算结果对比,验证该锰铜阻尼合金材料的非线性力学模型在实际仿真应用中的可靠性。结果表明,PRF模型可较好模拟锰铜阻尼合金非线性动态力学行为,为锰铜阻尼合金结构设计提供更高精度的仿真结果。

后处理优化组织结构改善冷喷涂增材制造M2052合金阻尼性能

冷喷涂增材制造技术具有低的热输入,以及能够有效避免晶粒长大、相变和高热应力等缺陷形成的优势,越来越受到人们的关注。虽然冷喷涂方法能够有效地避免高阻尼锰铜合金在制备过程中的氧化和热裂纹的形成,但冷喷涂过程中粉末严重塑性变形产生的大量位错会导致冷喷涂锰铜合金阻尼性能明显降低。因此,对不同热处理工艺提升冷喷涂Mn-20Cu-5Ni-2Fe(M2052)合金阻尼性能的机理,以及相关的微观组织演变规律进行了研究。结果表明,在冷喷涂过程中,由于粉末颗粒变形不充分,因此形成了一些孔洞。在粉末颗粒边界处形成的孔洞经固溶处理后数量明显减少,这是因原子扩散促进了颗粒间的部分孔洞愈合。另外,在冷喷涂成形过程中粉末颗粒碰撞的界面处会产生巨大的热量,从而发生动态再结晶,形成尺寸约为200—400 nm的纳米晶粒。冷喷涂沉积M2052合金经850℃、1 h固溶处理和恒温420℃不同时间的时效处理后,晶粒发生再结晶和长大,形成了无畸变的等轴晶,这与时效处理导致冷喷涂M2052合金奥氏体调幅分解有关。随着时效时间的增加奥氏体调幅分解程度增加,导致富锰基体中锰含量的增加,从而促进了M2052合金马氏体相变温度的增加。冷喷态M2052合金经固溶(850℃×1 h)+时效(420℃×24 h)处理后,室温下呈现出了最佳的阻尼性能(Ψ_(0.08%)≈26%)。本研究为锰铜合金的阻尼性能的提高提供了理论依据。

钛合金叶片阻尼台堆焊层铸造碳化钨颗粒分布不均匀因素分析

各类发动机转子叶片是典型的钛合金零件之一,在使用过程中,需要对发动机转子叶片阻尼台端面进行耐磨性能强化处理。而在对叶片阻尼台钎焊铸造碳化钨(WC)耐磨涂层进行强化时,铸造碳化钨(WC)颗粒分布情况将直接影响堆焊层的质量,进而影响叶片的使用寿命。为此,通过对感应钎焊原理进行分析,总结出焊接过程中铸造碳化钨(WC)颗粒分布不均匀的原因,并给出了详细的建议,供同行参考借鉴。

高阻尼MnCu基合金的制备工艺研究

MnCu合金做为阻尼合金用于制备减振装置,由于基体组织为Mn基,在熔炼及后续加工制备过程中常造成产品废品率较高,本文通过对该合金材料熔炼工艺的探索,结果表明采用氧化铝坩埚和二次熔炼工艺制备出来的MnCu合金具有较高的纯净度和较好的力学性能,满足作为结构件材料使用。

超弹性形状记忆合金自恢复与耗能平衡设计理念

超弹性形状记忆合金具有优越的自恢复性能,在工程抗震应用中能够赋予结构完美的自复位性能,但由于其超弹性旗帜形本构关系,自身耗能能力十分有限,致使其难以满足结构地震下的抗震需求。探求在保留形状记忆合金自恢复性能的前提下,尝试将超弹性形状记忆合金与摩擦阻尼器组合应用,以使形状记忆合金系统的耗能能力最大化。首先,对超弹性形状记忆合金自恢复耗能平衡设计理念进行深入研究,引入系统平衡参数的概念,提出相应的配比设计公式;随后,通过开展形状记忆合金超弹性性能试验、简易摩擦阻尼器试验以及组合张拉试验,证明上述平衡设计理念的实用性以及平衡设计公式的可行性。平衡设计理念的提出以及其验证能够推进并指导形状记忆合金在工程抗震中的应用。

轧制压下量对ZK60镁合金组织和阻尼性能的影响

研究了轧制压下量对ZK60镁合金显微组织及阻尼性能的影响。结果表明,随着轧制压下量增加,ZK60镁合金阻尼性能逐渐增强。在应变振幅为0.01%时,Q^(-1)值由铸态时的0.0127增加至轧制态(压下量为50%)时的0.0159(轧制面)、0.0204(侧截面)与0.0183(横截面)。合金(0002)基面织构强度随着轧制压下量增加而增强,由压下量10%时的6.547增加至压下量50%时的10.690,压下量对合金阻尼性能产生了一定影响;组织中再结晶体积分数增加对阻尼性能的影响起主导作用。

Ag-Cu钎料真空钎焊FeCrMo/MnCu阻尼合金钎焊接头的组织及性能研究

采用Ag-Cu钎料真空钎焊FeCrMo/MnCu阻尼合金,并对钎焊接头微观组织、力学性能以及钎焊试样的阻尼性能进行研究。结果表明,Ag-Cu钎料可以实现两种阻尼合金的连接,并且钎焊试样经过435℃保温4h的调幅热处理后,能够复合两种阻尼合金的阻尼特性,随着应变的增加,钎焊试样的阻尼性能稳定提高。钎缝组织主要为Mn-Ni-Cu-Fe-Ag固溶体以及富Ag相组成,钎料与母材之间能产生良好的冶金结合,钎焊接头组织致密;钎焊接头的断裂模式为以韧性断裂为主的混合型断裂,钎焊接头室温剪切强度为209.7MPa,经过调幅热处理后,钎焊接头断裂方式为脆性断裂,钎焊接头室温剪切强度达到246.4MPa。

退火温度对轧制态Fe-11Cr-2.5Mo-1Ni-0.1Zr双相阻尼合金在不同预应力下阻尼性能的影响

在真空环境下对轧制态Fe-11Cr-2.5Mo-1Ni-0.1Zr进行3种不同退火温度的热处理,通过TA Q800动态机械分析仪研究了不同退火温度下合金在不同恒定预应力下的阻尼性能。结果表明:随预应力的增加,阻尼合金的阻尼性能衰减。经950℃退火后,阻尼衰减的幅度最小;经900℃退火处理后,在24 MPa预应力下,合金获得最优异的阻尼性能。通过扫描电镜观察到合金经退火处理后获得以铁素体为基体、马氏体为析出相的双相组织;经光学显微镜观察到,随退火温度的增加,合金中获得的马氏体相的含量随之增加。