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Fe-Cr-Al基阻尼合金在很宽的温度范围内呈现优良的阻尼性能因而成为阻尼合金研究开发的重要方向。合金元素和热处理制度的变化都会影响合金的阻尼性能,然而这方面研究结果大都是一些间接的、定性的描述,因此需要对此进行深入研究;另外,这类合金的高阻尼性能通常都是在减少合金杂质含量,经过高温退火获得,合金的强度不是很高,因此需要找到一种即能提高合金的阻尼性能又能提高合金的力学性能的途径。
本研究以Fe-13Cr-6Al合金为参照合金,分别用一定量的合金元素Mo、Mn、Nb取代该合金中的Cr,一定量的合金元素Cu取代合金中的Al制备了11种合金。通过阻尼系数测定,X射线衍射、扫描电子显微镜和金相观察,力学性能测量以及电阻率和一些磁学性能的测量,系统研究了替换合金元素、退火温度、振动频率、振动应变幅以及静载荷对这些合金阻尼性能的影响。研究结果表明:(1)Fe-13Cr-6Al基合金的阻尼性能不受振动频率的影响,但是受应力的影响,其表现为:外加静载荷降低Fe-13Cr-6Al基合金的阻尼性能,但会使有些阻尼性能极低的合金的阻尼性能略有提高;随着振动应变幅提高,Fe-13Cr-6Al基合金的阻尼系数迅速升高,之后逐渐下降。这是铁磁型阻尼合金磁机械滞后内耗的内在特征。
(2)将Smith-Birchak内应力模型应用到三点弯曲变形模式中,拟和结果和实验测得曲线非常吻合,从模型中可以定性看出:饱和磁致伸缩λs、平均内应力σi和静应力σeff直接影响到合金的阻尼性能,其中平均内应力σi和静应力σeff是影响阻尼性能的最根本原因,并且随着平均内应力σi和静应力σeff的增大,阻尼性能下降,阻尼性能峰值位置移往高振动应变幅方向。
(3)冷轧态的Fe-13Cr-6Al基合金具有很高的强度,很低的阻尼性能,在1273K以上退火处理后,合金发生了明显的再结晶,强度降低,塑性改善,阻尼性能也得到了提高。提高退火温度,大部分合金的阻尼性能升高,力学性能下降。
(4)Nb或Ti代Cr合金在退火态有弥散相析出,强度比没有弥散相析出的合金高很多,但这将导致阻尼性能下降。
(5)铁磁性材料的电阻率与合金成分和显微组织有关,电阻率高的材料其阻尼性能较差。
(6)合金元素Mo、Mn、Nb、Ti和Cu对Fe-13Cr-6Al基合金的阻尼性能和力学性能呈现出不同的影响效果。除了Mn代Cr合金的强度略有降低外,其它合金的强度都有所提高,然而只有以固溶原子形式存在的合金元素Mn和Cu有利于阻尼性能的提高。因此应尽量采用固溶强化型合金元素来提高合金的阻尼性能的同时提高强度,而避免采用弥散强化、增加位错密度和细化晶粒等方式来提高阻尼合金的强度。
(7)合金内部平均内应力以及由其引起的阻力越低,内应力分布的波长越长,合金的阻尼性能越高,影响Fe-Cr-Al基合金阻尼性能的内应力场源可能是由合金元素原子的聚集引起的。