高锰阻尼合金的制备及性能研究

发布时间：2020-07-08 07:35

【摘要】：采用Mn-Cu基阻尼合金制造的阻尼元件应用于产生振动和噪声的机床、发动机基座等设备上,能够从根源上解决减振降噪问题。Mn-Cu基阻尼合金的阻尼性能随Mn含量的增高而提高,但由于Mn元素极易氧化,且具有较高的蒸气压,使得真空熔炼不能适用于高锰合金的制备。因此,开展高锰Mn-Cu基阻尼合金新型制备技术研究将具有重要现实意义。本文通过独特设计的气体保护中频熔炼工艺制备了高锰Mn-Cu基阻尼合金。借助直读光谱仪成分检测、X射线衍射分析(XRD)、微观组织分析(OM、SEM、TEM)、能谱分析(EDS)、差示扫描量热分析(DSC)、热膨胀分析、马氏体相变分析、阻尼性能测试、室温拉伸试验、硬度测试等技术手段。考察了合金铸锭的成分、组织结构、阻尼及力学性能;研究了固溶时效和直接时效对合金组织结构、阻尼及力学性能的影响规律。在此基础上,通过对合金的反铁磁转变、马氏体相变、晶体结构、孪晶的分析,解释了合金的阻尼机理。为应用于工程实际,探究了环境温度对合金阻尼性能的影响规律。得出以下主要结论:(1)通过设计改装中频炉,并通过透气砖通入保护气体进行高锰阻尼合金制备的气体保护中频熔炼工艺基本可行,Mn含量达70wt.%以上,能够较好的解决元素Mn挥发损耗严重的问题,有效的控制合金成分。(2)铸态合金具有显著的阻尼性能(tanδ=0.0433)。这是由于合金在铸造冷却过程中由枝晶偏析形成的局部富Mn区内发生反铁磁转变和马氏体相变,生成马氏体孪晶,孪晶在外力作用下移动而耗散能量,使振动衰减。(3)相比于未固溶直接时效,固溶后再时效合金的阻尼及力学性能提升的效果更佳。且随时效温度和时间的增加,合金的阻尼性能、抗拉强度、硬度均呈先升高后降低的趋势。在900℃1h固溶后430℃8h时效时阻尼(tanδ=0.0806)及力学(Rm=540MPa,205.6HV0.3)性能最优。这是因为合金在时效过程中由调幅分解形成了更高Mn含量的富Mn区,反铁磁转变点T_N和马氏体相变点Ms提高,生成更多马氏体孪晶,同时由于调幅强化和时效强化,使得合金时效热处理后阻尼及力学性能提高。(4)合金的阻尼性能随环境温度的升高而逐步降低。当环境温度低于120℃时,合金的峰值阻尼随温度的升高缓慢线性衰减。当环境温度高于120℃时,合金的峰值阻尼减小加剧。这是由于随环境温度的升高,马氏体发生逆转变,导致马氏体孪晶越来越少,阻尼性能随之降低或消失。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139
【图文】：

阻尼性能,抗拉强度,阻尼特性,孪晶

图 1-2 合金的阻尼性能与抗拉强度分布[10]re.1-2 Damping property and tensile strength distribution o尼性能的微观作用机理不同，阻尼合金可统称铁磁型[2,23,24]四大类。其分类、典型系列牌号、性阻尼特性来源于相界面，称为复相型阻尼合金，基体与第二相界面之间的相互运动而消耗振动点缺陷，称为位错型阻尼合金，其阻尼机制是合移位错与杂质原子之间的交互作用或位错运动时能[26]。阻尼特性来源于马氏体孪晶，称为孪晶金受振动时由反铁磁转变诱发的马氏体相变或应体孪晶本身的移动或孪晶界与马氏体相界之间的应力松弛而消耗振动能[27,28,29]。阻尼特性来源于其阻尼机制是合金受振动时磁畴壁发生非可逆

曲线,Mn-Cu合金,Mn含量,反铁磁转变

稳定的热弹性马氏体相之中，马氏体相变孪晶的晶界面和母相与马氏体相之间相互运动，在运动动能，从而使得合金振动衰减，呈现出显著的人不断地对 Mn-Cu 基合金阻尼性能的作用机理Mn-Cu 基阻尼合金的商业应用奠定了坚实的基础合金的反铁磁转变金属于一类弱磁性材料，在室温状态时，根据 M磁性或反铁磁性[41,42]。图 1-3 为 Mn-Cu 合金的磁变化的关系曲线[43]。黑点代表反铁磁转变点 TN，体。根据图中曲线的变化可以看到，只有当 Mn 点 TN远高于室温，使得合金从高温到室温的冷变，在室温呈现反铁磁状态。

二元合金相图,二元合金相图,孪晶,时效时间

图 1-4 标示亚稳互溶区的 Mn-Cu 二元合金相图[44]The Mn-Cu binary alloy phase diagram of the meta stable m互溶区，Ⅱa -亚稳互溶区边界，Ⅱb -Spinodal 分解区，Ⅱc-共格亚丽萍[46]等通过 X 射线衍射分析和透射电镜观察的时效变化规律的研究发现，时效时合金的晶体变，其四方度 c/a 改变，且时效时间不同其改变增加后减少，当 c/a 最大时，对应的阻尼性能最合金透射组织中依次发现了花呢结构、孪晶和结构为调幅组织，之后花呢结构逐渐消失，孪晶，并在一次孪晶的基础上能够生成更加细小的孪若时效时间过长则会析出α-Mn，使得合金阻尼合金的调幅分解金的自由能对成分的二阶偏导数小于零（d2G/dX2

【参考文献】