Fe-Mn系阻尼合金的研究进展

Fe-Mn系阻尼合金因其低廉的价格和较好的力学性能,在未来必定会得到广泛应用。介绍了Fe-Mn系阻尼合金的阻尼机制以及其阻尼性能的影响因素,并对其未来的研究方向提出了建议。

深冷处理和温度对Fe-Mn合金阻尼性能的影响

通过测定Fe-Mn合金的层错几率以及借助G—L位错脱钉模型,研究了深冷处理和温度对其阻尼性能的影响。进一步揭示了Re-Mn合金的高阻尼机制.采用倒扭摆测试合金的阻尼性能、SEM观察显微组织、XRD测定物相体积分数和层错几率.结果表明,Fe-Mn合金的高阻尼机制与Shockley不全位错的脱钉运动相关;深冷处理增加了合金的层错几率,即增加了Shockley不全位错数量。阻尼性能得到提高;升高温度降低了Shockley不全位错的脱钉力,在一定应变振幅下,温度越高可以产生脱钉的Shockley不全位错数量就越多,合金的阻尼性能升高.

合金元素对Fe-Mn合金层错几率和阻尼性能的影响

对Fe-19Mn、Fe-17Mn-2Cr和Fe-19Mn-1.5S i这3种合金的层错几率和阻尼性能进行研究。采用倒扭摆测试合金的阻尼性能,XRD测试合金的层错几率和ε马氏体体积分数。结果表明,3种合金的阻尼性能都随着应变振幅的增加呈现近似线形增加,这可以通过Shockley不全位错的脱钉运动来解释;Si元素增加了Fe-Mn合金的层错几率和Shockley不全位错数量,但是由于原子半径的差异,其引起的晶格畸变很大,产生的空位等缺陷钉扎了Shockley不全位错的运动,因此显著降低了Fe-Mn合金的阻尼性能;Cr元素略微降低了Fe-Mn合金的层错几率和Shockley不全位错数量,但其产生的晶格畸变没有Si大,所以Fe-17Mn-2Cr合金的阻尼性能略有下降但程度小于Fe-19Mn-1.5Si合金。

Fe-Mn基高阻尼合金的研究现状及展望

Fe-Mn基阻尼合金具有独特的阻尼机制和良好的力学性能而备受学者们关注。总结Fe-Mn基阻尼合金研究状况,概述了Ni、Nb、Si、Cr和稀土等化学元素以及热处理、预变形和ECAP等工艺因素对合金阻尼机制和阻尼性能的影响,并对当前研究中的问题及未来的研究方向提出了建议。

合金元素对CuAl系阻尼合金组织的影响

利用扫描电镜(SEM),比较了8种成分的CuAl系阻尼合金金相组织;利用示差热分析方法(DTA)分析了各试样相变温度;利用自由衰减法测得各试样的阻尼性能参数。分析了试样中热弹性马氏体的形态,研究了Mn和Ni元素对CuAl系阻尼合金的相变点及金相组织的影响。试验结果表明:Mn的作用类似与Ni;Mn和Ni的联合使用可以得到细条片状马氏体;在高温高阻尼合金中,通过Mn与Ni的合理搭配,可以在较宽的温度范围内调整合金的相变点。

热轧及退火对Mg-Zr系阻尼合金组织和性能的影响

研究了热轧及退火对3种Mg-Zr系阻尼合金(Mg-0.6Zr、Mg-0.6Zr-0.4Zn、Mg-0.6Zr-0.4Zn-1.5Cd)组织和性能的影响。结果表明:热轧使晶粒发生明显细化,力学性能获得提高。铸态合金的阻尼性能与应变振幅有关,随着应变振幅的提高而不断提高;经热轧,合金的阻尼性能显著下降,几乎与应变振幅无关;热轧后的退火处理使合金的阻尼性能又有上升,但低于铸态水平。在各种状态下,Mg-0.6Zr-0.4Zn和Mg-0.6Zr-0.4Zn-1.5Cd合金的力学性能明显高于Mg-0.6Zr合金,而铸态时的阻尼性能与Mg-0.6Zr合金的相差不大,但经过热轧及退火之后又有较大差距。Mg-Zr系合金上述阻尼性能的变化可以用Granato-Lücke位错模型来解释。

等通道转角挤压及后续退火处理对Fe-Mn阻尼合金的影响

利用JN-1型倒扭摆仪对比研究了Fe-Mn合金经等通道转角挤压(ECAP)及不同温度退火后的阻尼性能变化,利用光学显微镜和透射电镜观察分析了合金的微观组织。结果表明,合金经ECAP及较低温度(600℃)退火后,组织中存在大量高密度位错和明显的带状组织,阻碍阻尼源的运动,导致阻尼性能消失;随退火温度升高(700～800℃),高密度位错和带状组织逐步消失,ε马氏体数量较未ECAP的多且片层更细小,单位体积内界面面积增加,振动的阻尼源增多,故阻尼性能显著提高;当退火温度进一步升高时(900～1000℃),由于ε马氏体片有所长大,合金的阻尼性能出现下降趋势,但仍高于未ECAP状态。

高强高阻尼Mg-Zr系合金的研究(Ⅱ)——热挤压及退火对Mg-Zr-(Ca/Y)合金组织和性能的影响

研究了三种Mg-Zr系阻尼合金(Mg-0.6Zr,Mg-0.6Zr-0.3Ca,Mg-0.6Zr-0.3Ca-0.1Y)在热挤压及退火后组织和性能的变化。结果表明:合金在热挤压过程中晶粒明显细化,使力学性能得到提高。三种合金在铸态下,其阻尼性能随应变振幅的增加而不断提高;经过热挤压后,阻尼性能明显下降,且几乎与应变振幅无关;挤压后的退火处理又使合金阻尼性能有所增大,但与铸态时仍存在一定差距。在各处理状态下,Mg-0.6Zr-0.3Ca和Mg-0.6Zr-0.3Ca-0.1Y合金的力学性能明显高于Mg-0.6Zr合金,而阻尼性能在铸态下与Mg-0.6Zr合金相差不大,但经热挤压和退火后有较大差距。三种合金阻尼性能随处理状态的变化可用Granato-Lücke位错模型解释。

Gd对Mg-Gd-Y-Zr系镁合金力学行为和阻尼性能的影响

采用砂型铸造方法,制备了不同Gd含量Mg-Gd-Y-Zr系合金,研究了不同Gd含量对Mg-Gd-Y-Zr系合金室温和高温力学性能、显微组织、阻尼行为的影响。结果表明:当Gd含量达到10%时,室温抗拉强度(T6)达到360MPa,延伸率为4.5%,GW123K合金脆性增加;合金200℃时抗拉强度(T6)仍达到300MPa;低Gd含量的阻尼值高于高Gd含量,GW103K应变振幅ε=0.15×10-2时,Q-1约为0.027。

Fe-Mn-Si系形状记忆合金中热诱发ε_M的单元结构及生长特性研究

用透射电子显微镜观察了Fe-17M-10Cr-5Si-4Ni合金中热诱发ε马氏体(εM)的组成结构,探讨了εM生长特性,实验表明,合金中较大尺寸的热诱发εM具有由生长取向大致相同的单元以首尾相接方式组成的结构特点,层错带平行分布的体系中εM具有促发形核、接续长大的生长特性。

含氮Fe-Mn合金的阻尼性能和抗腐蚀性能

通过内耗检测技术研究了氮对Fe-14．1Mn和Fe-16．5Mn合金阻尼性能及对Fe-Mn系合金相组成和抗腐蚀性能的影响。结果表明：Fe-14．1Mn比Fe-16．5Mn合金具有更高的阻尼性能；合金中加入质量分数为0．2%的氮,两种合金的阻尼性能略有改变,合金在固溶处理时,发生了γ-ε转变,转变生成的马氏体越多,合金的阻尼性能越好；并且含氮合金在1mol/L硫酸水溶液中的抗腐蚀性能提高2倍。

Mn含量对Fe-Mn合金微观组织和阻尼性能的影响

通过真空感应电炉熔炼Fe-Mn合金、运用葛氏倒扭摆测量阻尼性能,结合SEM和TEM照片研究了Mn含量对Fe-Mn合金微观组织阻尼性能的影响。结果显示,随着Mn含量的增加,Fe-Mn合金的阻尼性能先增加后减小,在Mn含量为16.5%时取得峰值。原因在于,当Mn含量<16.5%时,随着Mn含量增加,合金中扩展位错数量增加,同时α′马氏体数量减少直至消失,扩展位错的移动性能增加,合金的阻尼性能增加;当Mn含量>16.5%以后,合金中的扩展位错数量减少,合金的阻尼性能降低。

阻尼减振技术在推进轴系试验中的应用分析

推进器转子的激励力会通过轴系及艇体产生辐射噪声。阻尼减振是系统振动控制与优化中的一种重要手段,其本质是消耗振源传递的能量,进而降低结构振动响应。搭建轴系试验台架,以轴系振动加速度总值级为评价指标,分析加装颗粒阻尼吸振器和换装具有黏弹特性的高锰基合金材料基座的减振效果。试验结果表明这两种基于阻尼的减振方案对推进轴系均有一定的减振效果,可为推进器振动噪声控制提供技术支撑。

Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻尼特性的改善(英文)

Mn—Cu系阻尼合金兼有较高的阻尼特性和良好的力学性质，因而具有较大的实用前景。这类合金通常经过铸造，塑性加工和热处理来获得要求的性能和组织。加工后的Mn—Cu合金存在一个特定温度，在此温度以上合金的阻尼性能将会消失，因而影响了合金的在较高温度下的使用。该温度和合金的Mn含量有关，然而提高合金的Mn含量有会降低合金的加工性及力学性能。一般Mn-Cu合金的热处理都是利用400℃附近的时效来获得相分解后的局部高Mn组织。但是目前的时效处理后的Mn—Cu阻尼合金的最高使用温度只在80℃以下。为解决Mn—Cu阻尼合金使用温度的局限性，本研究选用凝固过程控制的方法在铸造组织中来获得较大幅度的Mn含量分布。从而在Mn-Cu合金得到较高的高阻尼特性温度。本工作利用铸型温度控制的方法，将M2052（Mn-20Cu-5Ni-2Fe）合金在250～0．1K／s冷却速度范围内控制凝固。随凝固冷却速度的降低在合金的铸态组织中观察到二次枝晶间距和晶粒尺寸的明显增大。同时还发现缓冷凝固的合金的成分比快冷凝固有较大的分布幅度。铸态下的合金阻尼性能评价也证实了凝固冷却速度对合金的凝固组织有很大的影响。尽管铸态组织的合金的高温阻尼性能并没有很大的改善，然而通过对铸态组织实施时效处理后发现缓冷凝固合金的高温阻尼性能有很大的改善。凝固冷却速度对时效处理后合金的阻尼性能有明显的影响。实验结果表明0．1K／s的冷却速度下缓慢凝固的合金在时效处理后高阻尼特性可持续高达120℃．

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。

第二相对AZ系镁合金阻尼系数的影响

采用自制的材料内耗测试仪,利用半功率带宽法检测金属材料的阻尼系数(内耗值),对AZ系列镁合金铸锭的阻尼系数进行测试,并和铝合金材料的阻尼系数进行对比。结果表明,镁合金比铝合金具有更好的阻尼内耗性能,随着第二相的增多,AZ系镁合金的阻尼内耗值增加。

预变形量对Fe-19Mn和Fe-19Mn-1.5Si合金阻尼性能的影响

采用倒扭摆法评价了Fe-19Mn合金和Fe-19Mn-1.5Si合金在不同预变形量下的阻尼性能,并通过光学显微镜和X射线衍射仪分析了合金的微观组织形貌和层错几率.结果表明：预变形量小于4%时,由于Fe-19Mn和Fe-19Mn-1.5Si合金的层错数量增加而使其阻尼性能提高;预变形量在4%-10%时,Fe-19Mn合金的层错数量不断增加,但由于马氏体和层错的相互交割严重、层错和马氏体变得短小以及Shockley不全位错的脱钉运动困难,致使其阻尼性能反而下降;而由于Fe-19Mn-1.5Si中Si具有固溶强化和降低层错能的作用,合金本身的马氏体和层错较小,预变形量对其影响不大,即变形不改变Shockley不全位错的脱钉难度,故其阻尼性能继续保持稳定增长.

Fe-Cr-Mo、Cu-Zn-Al、Fe-Mn合金减振性能的研究

针对目前不同阻尼合金之间可比性差的问题,采用同种测试方法研究了Fe-Cr-Mo、Cu-Zn-Al和Fe-Mn三种阻尼合金的阻尼性能和力学性能,有利于针对实际应用条件选取合适的合金。利用倒扭摆测试合金阻尼性能,万能实验机测试力学性能。结果表明:同18-8不锈钢相比,三种合金都具有显著的高阻尼性能;Fe-Cr-Mo合金的阻尼性能随着应变振幅增加而迅速增加,在1×10-4～2×10-4范围内出现峰值,随后又逐渐下降;Cu-Zn-Al合金的阻尼性能随着应变振幅的增加而增加,在2×10-4左右出现平台;Fe-Mn合金的阻尼性能随应变振幅的增加呈现线性增加趋势。Fe-Mn合金的综合力学性能最好,Fe-Cr-Mo合金次之,Cu-Zn-Al合金最低。

运用位错运动理论分析Fe-Mn合金的减振机理

针对Fe-Mn阻尼合金减振机理不很明了的问题，运用Shockley不全位错运动理论，分析了4种阻尼源界面（ε／ε界面、ε中的层错界面、γ中的层错界面、体界面）如何运动进而产生高阻尼。实验结果表明：Fe-Mn合金阻尼性能随应变振幅的变化关系符合Shockley不全位错的脱钉理论模型，并且当合金的杂质含量偏高时，杂质原子作为弱钉扎点会阻碍Shockley不全位错的运动，造成合金阻尼性能下降。

冷却方式和时效时间对Fe-19%Mn合金阻尼性能的影响

通过对比固溶+水冷和固溶+空冷两种工艺处理后Fe-19%Mn合金的时效阻尼,分析了ε马氏体、淬火空位和间隙原子对其阻尼性能的影响。实验表明:水冷试样组织中,虽然ε马氏体含量较高,但较高的空位浓度导致其阻尼性能在时效前和空冷处理时相差不大。在20 min时效时,水冷试样空位的减少使其阻尼性能提高;但随着时效时间的继续延长,其阻尼下降更快。由于间隙原子一直向不全位错处扩散,空冷试样在时效过程中阻尼性能一直下降。