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如何提高阻尼合金的使用温度?——探究双晶型阻尼合金的合金化和热处理方法

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:双晶型阻尼合金在高于Ms点以上不能使用,但通过合金化和热处理可使Ms点温度提高,作为阻尼合金的主角,双晶型阻尼合金目前最引人注目。表8-5阻尼合金在噪音控制方面的效果对于超塑性材料,将晶粒细化到数微米以下,将具有良好的阻尼性能。目前超塑性材料作为阻尼材料应用仅限于SPZ,对于超塑性材料所具有的高阻尼特性机理尚待研究,但无疑它将成为新的阻尼材料中的一员。

如何提高阻尼合金的使用温度?——探究双晶型阻尼合金的合金化和热处理方法

阻尼合金(Damped Alloy)又称防振合金,它不是通过结构方式去缓和振动和噪声,而是利用金属本身具有的衰减能去消除振动和噪声的发生源。使振动衰减、吸音的方法有系统减振、结构减振、材料减振。前二者不属本章讨论范畴。而材料减振是利用金属材料本身的大阻尼特性来达到减振目的的。这种减振有三大优点:

(1)防止和减少振动,如可使导弹仪器上的控制盘或导航仪等精密仪器免除发射时的激烈振动;

(2)防止和减少噪声,如在潜艇的推进器上使用,可防止敌舰声呐的探索;

(3)增加材料的疲劳寿命,如在汽轮机叶片上使用,可使其疲劳寿命增加。

1)阻尼合金减振或吸音的机理

按金属学原理,可将减振或吸音机理分为复合型、强磁性型、位错型和双晶型四类。

(1)复合型 在高韧度的基体中,有软的第二相析出,在基体和第二相界面上,容易发生塑性流动或黏性流动,外界的振动或声波可以在这些流动中消耗,于是声音被吸收。

(2)强磁性型 磁性体的内部被划分成由磁壁包围的称为磁畴的小单元,在磁场的作用下,磁畴壁开始移动,如果产生正应变,则称为磁致伸缩效应。如从外部对这类材料施加应力时,材料吸收能量,导致磁壁移动,则称为磁致伸缩逆效应。当应力完全去除后,磁壁也不能完全恢复原状。这种能量的损耗类型为强磁性型。

(3)位错型 材料中位错运动引起的能量损耗为减振的主要原因,而合金的高阻尼是由于在外力作用下,位错的不可逆移动以及在滑移时位错相互作用引起的。

(4)双晶型 在热弹性马氏体中,马氏体晶核生成后随温度下降而长大,随温度上升而收缩。在这个过程中产生孪晶界的移动,这种孪晶界的易动性可以吸音。

2)阻尼合金材料(www.xing528.com)

阻尼合金材料对应减振或吸音机制分为四类:

(1)复合型阻尼合金材料,主要有Fe-C-Si系(如片状石墨铸铁)、Al-Zn系(SPZ),优点是可以在高温下使用。

(2)强磁性型阻尼合金,主要有Fe-Ni系、Fe-Cr系、Fe-Cr-Al系(如赛连塔罗依)、Fe-Cr-Al--Mg系(如特兰卡罗依)、Fe-Cr--Mo系(如肯塔罗依)等。为了使磁畴壁易于移动,需要经特殊热处理使晶粒粗大化,因此,热处理费用昂贵,在其后加工时又可能产生晶内缺陷和使晶粒细化,使阻尼性能变差。但这种类型具有可以在居里点温度下使用的优点,缺点是在磁场中静载荷下阻尼性能有明显下降。

(3)位错型阻尼合金,主要有Mg-Zr系、Mg--Mg2Ni系,该类阻尼合金可在低应力下使用,此时位错就能脱离,并具有价格低的优点,但当温度高于150℃时,材料会发生应变时效,导致阻尼性能明显下降。

(4)双晶型阻尼合金,主要有Mn-Cu系(如索诺斯顿)、Mn-Cu-Al系(如尹克拉妙特)、Cu-Al-Ni系、Cu-Zn-Al系、Ni-Ti合金等,其中后三者为形状记忆合金。双晶型阻尼合金在高于Ms点以上不能使用,但通过合金化和热处理可使Ms点温度提高,作为阻尼合金的主角,双晶型阻尼合金目前最引人注目。

3)阻尼合金的应用及发展动向

阻尼合金可用作:火箭、导弹、喷气式飞机的控制盘或导航仪等精密仪器及发动机罩,汽轮机叶片等发动机部件;汽车车体、刹车装置、发动机转动部件、变速箱、空气净化器;桥梁、削岩机、钢梯等土木建筑部件;冲压机、链式搬运机的导链机或各式齿轮机械工程零部件;车轮、铁轨等铁路部件;船舶用发动机的旋转部件、推进器等,以及空调洗衣机、变压器用防噪声罩和音响设备中的喇叭、电唱机转盘轴、各种螺丝等家用电器零件,还有打字机、穿孔机等办公机器。阻尼合金应用后的效果举例如表8-5所列。

表8-5 阻尼合金在噪音控制方面的效果

对于超塑性材料,将晶粒细化到数微米以下,将具有良好的阻尼性能。日本东京大学采用压接方法把SPZ(Zn-Al合金)夹在钢板中间制成夹心材料,具有良好的阻尼防振性能,可在300℃高温下使用。现在正在研制把SPZ粉末涂覆在钢板上以获得大的减振能力。

目前超塑性材料作为阻尼材料应用仅限于SPZ,对于超塑性材料所具有的高阻尼特性机理尚待研究,但无疑它将成为新的阻尼材料中的一员。

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