元素添加及母相时效对Cu-Al-Mn形状记忆合金阻尼与力学性能的影响

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铜基形状记忆合金作为一类非常重要的高阻尼材料,拥有十分广阔的应用前景。然而,目前该类合金的力学性能仍然偏低,且阻尼本领仍需进一步提高,为此本文系统研究了Nb、Ag元素添加以及母相时效对Cu-11.9Al-2.5Mn(wt%)形状记忆合金的阻尼与力学性能的影响,以期为铜基形状记忆合金综合性能的提高提供思路与理论基础。结果表明,母相时效对Cu-Al-Mn形状记忆合金的马氏体相变行为及阻尼性能均具有重要的影响:随着时效温度的升高,马氏体相变的特征温度先升高后降低,而逆马氏体相变的特征温度则单调下降;低温阻尼和逆马氏体相变内耗峰先升高后降低,当时效温度为600℃时,均达到最高水平。分析认为,马氏体相变特征温度的变化与非马氏体相的析出、Al含量的变化以及淬火空位的湮灭有关,而阻尼的变化则与界面迁移率以及马氏体含量的变化有关。Nb元素加入Cu-Al-Mn形状记忆合金中后可形成Al Nb3相,并对晶界产生钉扎作用、造成晶粒显著细化。当Nb的添加量为0.9 wt%时,合金的平均晶粒尺寸可由初始的120μm细化至30μm左右。然而,添加Ag元素后所形成的Ag3Al相并不具有明显的晶粒细化的作用。随着Nb的添加量的增加,马氏体相变的特征温度降低,逆马氏体相变的特征温度升高。而随着Ag的添加量的增加,马氏体相变的特征温度先降低后升高,逆马氏体相变的特征温度则单调上升。分析认为,马氏体相变特征温度的变化与晶界密度、Al含量的变化以及富Nb或富Ag相的形成有关。Nb与Ag元素的适量添加均可显著提高Cu-Al-Mn形状记忆合金的阻尼本领与力学性能。并且,较之Nb元素,Ag元素的添加对Cu-Al-Mn形状记忆合金具有更高的阻尼增强能力。其中,Nb元素所引起的阻尼能力的升高可归因于Al Nb3相的形成以及各种界面密度的升高。而Ag元素所引起的阻尼能力的升高则可归因于Ag3Al相的形成及其与Cu-Al-Mn合金间界面的形成。Nb元素所引起的力学性能的升高可归因于细晶强化原理以及Orowan强化机制。而Ag元素所引起的力学性能的升高则可归因于Orowan强化机制。
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