复相型Zn—Al基减震合金阻尼特性的研究

采用声频法和低频扭摆法及粘弹仪对复相型Zn-Al减震合金的内耗温度谱(Q~(-1)-T)、内耗频率谱(Q~(-1)-f)和内耗应力应变振幅谱(Q~(-1)-Am)的依存性特征进行了研究.表明Zn-Al减震合金的内耗(阻尼性能)与温度和频率具有显著的依存性。内耗随温度的上升呈单调增大,随频率的下降而提高。Zn-Al基减震合金的阻尼性能几乎无应变振幅效应,在低应力应变振幅条件下就具备高阻尼特性。文中将Zn-Al减震合金的上述性能与普通铸铝ZL104和铸铁HT200进行了对比.     

应力对FeCrMoCu合金阻尼性能的影响

用动态力学分析仪(DMA)的三点弯和双悬臂方法测量FeCrMoCu合金的阻尼性能,通过ABAQUS有限元模拟分析测量过程中试样的应力分布,研究了应力对FeCrMoCu合金阻尼行为的影响。结果表明:测量阻尼时预载荷使样品产生应力集中,使样品的磁畴壁发生移动从而降低了合金的阻尼性能。应力越大磁畴的可动性越低,对合金阻尼性能的影响也越大。应力的加载方式也对FeCrMoCu合金阻尼性能有较大的影响,预载荷使双悬臂模式下样品上下表面都受到压应力,因此需要较大的应力才能使样品的磁畴结构达到饱和。其结果是对应的应变振幅εmax较大,测得的最大阻尼性能Q-m1ax偏低。而三点弯测试时,由于上下表面分别受到压应力和拉应力,应力的叠加使合金磁畴达到饱和的应变振幅εmax较小,测得的Q-m1ax较大。     

拉应力对45钢磁滞与磁致伸缩曲线的影响规律

针对弱磁致伸缩特性(峰值应变约十几微应变)的碳钢材料,集成微型拉伸装置、高精度电阻应变仪、交流磁化器和磁测量模块,构建单轴拉伸状态下材料磁滞和磁致伸缩曲线的同步测量系统,实验测试拉应力对45号钢材料磁滞与磁致伸缩曲线的影响规律。结果表明:随拉应力增加,特征参量矫顽力(H_c)、磁致伸缩最大值(λ_(MAX))呈指数下降趋势,饱和磁感应强度(B_s)近乎线性降低;磁参量剩余磁感应强度(B_r)、最大磁导率(μ_(max))和磁致伸缩曲线下极值位置(H_(cλ))均呈现先快速增长后缓慢下降的两阶段变化规律,与应力的关系均服从三次多项式方程。标定得到的上述特征参量与应力的关系方程,可用于应力无损表征,从表征能力和测试系统的工程应用性角度对比讨论基于磁滞与磁致伸缩曲线的应力检测方法的特点。     

热处理对Fe-Cr-Mo合金阻尼性能的影响

通过DMA(动态热机械分析仪)测量Fe-Cr-Mo合金阻尼性能,研究了热处理工艺对Fe-Cr-Mo合金阻尼性能的影响;通过OM进行组织观察,并且分析了不同退火温度及冷却方式下合金微观组织对阻尼性能的影响。结果表明,合金在950~1150℃的退火温度范围内,随着退火温度升高,内耗增大;并且水冷后的合金内耗较小,炉冷后的合金内耗较大。分析认为,950℃热处理,内应力大,内耗较小,并且由于晶界多,磁畴壁移动困难,对应边敏感度小,而1150℃的热处理则内应力小,内耗较大,并且由于晶粒长大,晶界数量少,磁畴壁移动容易,对应边敏感度大。由于水冷冷速过快,造成成分不均,内应力较大,内耗小于炉冷的内耗。     

纳米铝晶界内耗峰的连续变温研究

采用低温球磨结合热压烧结技术制备了块体纳米铝晶体材料,在多功能内耗仪上采用受迫振动连续变温(25～450℃)的方式测量了纳米铝材料在低频率(0.2～3.0Hz)条件下的内耗和相对动力学模量。结果表明,纳米铝晶体材料受迫振动时,在升温和降温的内耗-温度谱上均出现一个内耗峰;伴随着内耗峰的出现,相对动力学模量明显下降;随着离散振动频率的增加,内耗峰峰位向高温方向移动,说明该内耗峰具有弛豫性;根据Arrhenius关系,得到该内耗峰的激活能为(2.21±0.04)×10-19 J、指数前因子τ0为10-14 s,表明该内耗峰是晶界内耗峰,其机制为铝原子在铝/铝晶界的自扩散。     

扭摆法和振簧法测量内耗振幅效应的修正公式

传统的内耗测量规范多采用扭摆法和振簧法,并没有涉及内耗随应变振幅变化的情况。为更加准确测量材料在不同应变振幅下的内耗和模量值,该文根据不同内耗测量方法中试样的应力分布情况,从内耗基本定义出发,考虑内耗随应变振幅变化的情况,重新推演扭摆法和振簧法测量内耗和模量的基本方程,获得采用扭摆法和振簧法测量内耗(模量)-振幅曲线的修正公式,为准确测量大应变振幅激发情形下高阻尼材料的内耗和模量提供参考。     

晶体形态对金属涂层阻尼特性的影响

研究了金属涂层阻尼性能的微观机理。采用磁控溅射技术在不锈钢表面制备了Al、Ti、TiAl合金涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪研究了金属涂层的物相、微观结构和元素组成;利用动态热机械分析仪(DMA)分析了涂层的阻尼性能。结果表明:单靶磁控溅射制备Al涂层为典型的片状晶体结构,而Ti涂层为柱状微晶结构;双靶共溅射制备的TiAl合金涂层为Al晶体为核心包裹微晶Ti的合金微团结构。在金属涂层和基体结构阻尼性能测试实验中,频率为31～35 Hz区间Al、Ti、TiAl合金和不锈钢基体四种试样均出现阻尼品质因子倒数(Q~(-1))峰;然而在频率为57 Hz时, Al、Ti及TiAl合金涂层的试件出现明显Q~(-1)峰,其峰值约为0.016,未镀膜的不锈钢基体试样未出现峰值;在57 Hz频率下的应变幅与Q~(-1)关系曲线中,微团状晶态TiAl合金涂层阻尼性能最强,柱状晶态Ti涂层阻尼性次之、相对而言片状晶态Al涂层最弱。由此可见,晶体结构对金属涂层的阻尼性能的影响存在直接相关性,乱序晶体结构弛豫和晶界纳米缝隙的内摩擦是金属涂层产生阻尼的主要原因。     

不同边界条件和应变振幅对各向异性层合阻尼结构内耗的影响

制备了由纤维增强树脂复合材料层与黏弹阻尼材料层交替层合的7层各向异性层合阻尼结构, 借助动态热机械分析仪(DMA Q800)首次考察了不同的结构应变振幅和不同的边界条件对该结构内耗温度频率特性的影响, 为新型减振降噪阻尼结构的理论分析与应用提供相应的实验研究依据。结果表明: 在不同的边界条件和常温(25℃)下, 各向异性层合阻尼结构的内耗都随着结构应变振幅的增加而减少, 且结构内耗峰所对应的温度随应变振幅的增加而向低温方向移动; 当结构应变振幅相同时, 单悬臂梁模式下的结构内耗最高, 双悬臂梁模式下次之, 三点弯曲模式下最低。      

Sc、Zr对Al-Mg-Mn合金再结晶行为及内耗性能的影响

为了研究微量Sc、Zr在Al-Mg-Mn合金中的作用,采用铸锭冶金方法制备了Al-6.0Mg-0.5Mn-(Sc、Zr)合金,通过光学显微镜、显微硬度、透射电镜组织观察和低频扭摆法测量内耗方法研究了微量Sc、Zr对Al-6.0Mg-0.5Mn的组织、再结晶行为及内耗性能的影响.研究表明:添加质量分数为0.21%Sc和0.15%Zr可显著细化Al-6.0Mg-0.5Mn合金铸态组织;粒状Al3Sc1-xZrx相对位错、晶界有强烈钉扎作用,抑制合金再结晶;冷变形后的Al-6.0Mg-0.5Mn-0.21Sc-0.15Zr合金的内耗表现出非线性特征,频率越低或温度越高,合金内耗Q-1越大.在频率为1Hz、应变振幅为4.6×10-5下,冷变形Al-6.0Mg-0.5Mn-0.21Sc-0.15Zr合金升温Q-1-T曲线上在326℃时产生内耗峰,该峰可由Al3Sc1-xZrx沉淀粒子与位错脱钉机制解释.微量Sc、Zr可以细化Al-Mg-Mn合金组织,抑制合金的再结晶,导致合金在升温Q-1-T曲线上产生内耗峰.     

Mn-Fe基合金的反铁磁与高阻尼

采用动力学分析（DMA）和透射电子显微分析（TEM）等实验方法,研究了含锰45．9％－86．4％（原子分数）范围Mn-Fe-(Cu)合金的反铁磁转变,马氏体相变及高阻尼特性。当锰含量超过71％（原子分数）时合金在变温过程中发生顺磁－反铁磁转变引起模量的剧烈变化。在尼尔点（TN)以下的反铁磁状态－200℃温区内出现一个10^-1数量级内耗的高阻尼区。随着含锰量的增加该区内逐渐显示出两个分立的内耗峰。确定了其中高温端的内耗峰为马氏体相变的贡献而低温端的内耗峰则纯属孪晶界的驰豫型内耗。文中测定了驰豫过程的激活能,讨论了合金呈现高阻尼与两种相变的关系。     

V元素对Fe-16Cr-2.5Mo合金磁机械阻尼的影响

本实验制备了四种具有不同Ⅴ含量(0％、0.05％、0.1％和0.2％,质量分数)的Fe-16Cr-2.5Mo阻尼合金.通过光学显微镜观察其微观结构,并通过倒扭摆内耗仪来测试其阻尼性能.通过XRD在施加饱和磁场条件下测量了Fe-16Cr-2.5Mo合金的饱和磁致伸缩系数,并通过振动样品磁强计测量其磁性能.结果表明,V的添加使Fe-16Cr-2.5Mo基合金的晶胞收缩.同时,Ⅴ造成的固溶强化和细晶强化使合金的强度和韧性逐渐提高.在外磁场的作用下,Ⅴ元素的添加导致合金出现负磁致伸缩现象,且随着Ⅴ浓度的升高,合金的磁致伸缩系数绝对值增大、阻尼性能提高.     

B2 Fe-Al合金中与空位有关的弛豫

利用内耗方法对空冷B2 Fe-Al合金中原子缺陷的运动特征进行了研究.在210℃(称为P1峰)和410℃(称为P2峰)附近观察到两个与样品热空位浓度密切相关的弛豫型内耗峰.研究表明,P1峰产生于应力作用下双空位(V_(Fe)V_(Al))的重新取向,而P2峰起源于反位置原子与Fe空位之间的相互作用.对于富Fe的B2 Fe-Al合金,P2峰产生于应力作用下三倍体缺陷(2V_(Fe)Fe_(Al))的重新取向;而对于富Al的B2 Fe-Al合金,P2峰则产生于应力诱导下Al反位置原子在Fe空位之间的运动.     

Nd-Fe-B永磁合金的组织与磁性

用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射,粉纹磁畴观察、磁测量等方法研究了性能为(B·H)_(max)=27～37MGOe,Br=11000～12500G、_MHc=13000～17000Oe的Fe74Nd18B8永磁合金的铸态、烧结,回火状态的磁性、显微组织、畴结构以及回火动力学曲线.结果表明:该永磁体的铸态组织是粗大的柱状晶.烧结、回火后组织为四方相和两种富Nd相(即富B相和富Nd相),回火后的组织形貌与烧结后的组织形貌没有显著变化,只是回火后富Nd相更富集在晶界上,永磁体磁化曲线具有形核场的特征,回火后矫顽力急剧增加而且随回火时间的延长出现峰值。磁畴是平行状多畴体.     

铸态BeAl合金的低频阻尼特性研究

利用动态热机械分析仪研究了铸态BeAl合金的低频阻尼性能.研究结果表明,在小位移振幅下(A＜10μm)铸态BeAl合金的内耗值在30～200 ℃范围内基本不变,且与频率无关,温度高于200 ℃时,随温度的升高而急剧增大,并随频率增大而降低,分析认为,界面滑移、热错配应变和位错脱钉是铍铝合金阻尼值急剧变化的原因.得到了BeAl合金阻尼的线性拟合公式,利用该公式可以估算此合金的阻尼大小及行为,并揭示BeAl合金的阻尼机理.     

环境温度及外磁场对Fe-13Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响

在环境温度和外磁场变化的条件下用改进的倒扭摆内耗仪分析了Fe-13Cr-2.5Mo合金的阻尼性能,用扫描电子显微镜分析了阻尼合金的组织结构.结果表明,合金的阻尼值包括铁磁部分和非铁磁部分.前者在室温条件下占整个阻尼的80%～90%,后者占10%～20%.当环境温度从23℃升高到550℃,阻尼性能逐渐下降到原来的60%～70%.比较900℃水冷处理的试样,1100℃炉冷试样的阻尼峰值对应的扭转应变较低,这表明其因外界噪声产生阻尼的能力较强.组织中晶粒的大小,析出物的产生及快速冷却过程中产生的微观残余应力是900℃水冷试样扭转应变较高的主要原因.     

Al-17Si-xLa合金室温阻尼-应变振幅行为研究

研究了过共晶Al-17Si-xLa合金在室温下不同频率的阻尼一应变振幅行为。Al-17Si-xLa合金通过常规的铸造和喷射成形工艺制备,并采用动态热机械分析仪(DMTA)对其阻尼行为进行研究。结果表明大多数铸态以及喷射成形态Al-17Si-xLa合金显示了类似的室温应变振幅-阻尼行为：即随振幅的增加,阻尼先不增大,然后明显升高出现阻尼峰,最后回落,可以用G-L位错阻尼理论加以解释;铸态下添加La对Al-17Si合金的阻尼行为影响不大,过量La(6％(质量分数))添加明显降低阻尼性能。La的添加明显提高喷射成形态Al-Si合金阻尼性能。喷射成形态Al-Si合金的阻尼明显比相应铸态Al-Si合金的阻尼高。     

Fe-Cr-C處减振合金

本文叙述了铁磁型阻尼合金减振降噪机理,同时也简单地介绍了铁铬系合金的磁特性,以及铁铬系阻尼合金添加第三元素Me对其特性的影响,在有第三金属添加元素Me存在时,随着铬含量增加,合金内耗Q~(-1)增大,在某一络含量时,合金内耗Q~(-1)开始下降。从使用价值考虑,研究了铜对低铬的铁铬合金的阻尼特性和机械性能的影响,在不降低阻尼特性的情况下,合金经适当热处理后,由于铜的强化作用,可提高合金机械性能,这是一种较经济的新型减振合金。     

环境温度对Fe-14Mn-0.22C合金阻尼性能的影响

为了了解Fe-Mn基阻尼合金的高温阻尼性能,用真空感应电炉的方法制备了Fe-14.04Mn-0.22C合金.用倒扭摆内耗仪测试了环境温度在23～400℃变化时合金阻尼性能的变化规律,并用热机械分析仪和光学显微镜分析了合金的组织结构及其相变特点.研究结果表明,在常温条件下合金的阻尼性能随扭转应变的增加而呈线性方式增加,扭转应变在1×10-4时,对数衰减率达0.1,且没有出现峰值;随着环境温度的变化,对数衰减曲线与应变的线性关系没有发生改变,但是曲线发生了整体的上下平移;当环境温度低于200℃时,合金的阻尼性能随温度的升高而增加,但当温度达到或超过200℃后,合金的阻尼性能迅速下降,其原因在于合金发生了奥氏体转变(As为270℃),马氏体的百分含量降低,阻尼源减少.     

金属内耗及其测量在阻尼材料研究中的应用

我所高阻尼(即高内耗)合金的研究成功,推动了我所内耗测试技术的发展。我们相继建立了峰宽法和大应力扭摆法等金属内耗测试方法。内耗、内阻尼等名词,实际上是对同一物理过程的不同表征,因此,金属内耗理论及内耗测量,在阻尼材料研究中的作用是极其重要的。本文简要介绍了金属内耗的几种表述及相应的物理量,着重介绍两种内耗测试方法的测量原理、设备装置、测试过程中应注意的问题及应用实例。文中还对金属内耗机理进行了探讨,阐述了一些重要的内耗类型与金属结构的关系。     

Co对Fe-Cr二元合金性能的影响

Fe-Cr-Co永磁合金中元素Co一直作为基体元素来处理的.但随着低Co合金研究工作的进展.Co含量已降低到1～5％,Co完全可以作为合金元素来处理.本文主要研究: 1.经磁性、X-射线结构分析等试验得出.在Fe-(25～32)Cr二元合金中,分别加入1～5％Co.合金的相结构仍为a相,Fe-Cr-Co系合金中的γ、σ等复杂的合金相未出现.Co加入提高了合金的饱和磁化强度、Tc和Spinodal分解温度.可使合金磁场处理温度提高,时间缩短. 2.W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Si、Al等扩大a相区的元素对含Co量高的合金(如Fe-23Cr-15Co)表现出有益作用然而对于具有a相结构的低Co合金(≤5％Co)则没有显示出有益作用,相反,由于非磁性元素加入而使磁性下降. 3.本文提出一种分级磁场处理新工艺.既可缩短时间,又能提高合金的磁性,尤其Hc值如Fe-32Cr-4Co合金,其Br=12.0KG,Hc=670Oe,(BH)_(max)=5.9MGOe,又如Fe-32Cr-3Co合金,其Br=12.0KG.Hc=540Oe,(BH)_(max)=4.7MGOe.