CuAlMn形狀記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)和阻尼性能研究.pdf

1、由于CuAlMn形狀記憶合金具備優(yōu)良的力學(xué)性能和功能特性,能夠基本滿足功能／結(jié)構(gòu)一體化阻尼材料的要求,因此我們選擇CuAlMn形狀記憶合金作為我們的研究對象。本文從阻尼機(jī)理,母相晶體結(jié)構(gòu),馬氏體晶體結(jié)構(gòu),阻尼性能等四個(gè)方面對CuAlMn形狀記憶合金進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 1.阻尼機(jī)理研究方面:首先通過對材料形變特性的解析,建立了線性動(dòng)滯后阻尼的定量模型,得到了描述動(dòng)滯后阻尼的兩個(gè)重要宏觀參量:馳豫強(qiáng)度和馳豫時(shí)間,并從宏觀角

2、度分析了影響阻尼性能的因素及提高阻尼性能的途徑。其次,通過對阻尼微觀機(jī)制的剖析,提出:阻尼來源于微觀的缺陷,原子或其他物理基元順應(yīng)外加應(yīng)力的微觀有序運(yùn)動(dòng),而這種微觀有序運(yùn)動(dòng)必然同時(shí)導(dǎo)致微觀無序運(yùn)動(dòng)(即熱運(yùn)動(dòng))的加劇,因而伴隨機(jī)械能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟豢赡婺芰亢纳ⅰ５谌?提高銅基合金阻尼性能的有效途徑主要是充分發(fā)揮界面阻尼和相變阻尼機(jī)制的作用。
　　 2.母相結(jié)構(gòu)研究方面:對于具有四個(gè)亞點(diǎn)陣位置的A-B-C三元合金,我們提出了表征其

3、有序度的四個(gè)參數(shù)SmnB,SmnC,SnnB,SnnC。在對有序度參數(shù)進(jìn)行合理簡化的基礎(chǔ)上,模擬了CuAl11Mn9合金L21,DO3,B2和A2結(jié)構(gòu)母相的XRD衍射譜。DO3結(jié)構(gòu)母相XRD衍射的特點(diǎn)是:無論有序度如何變化,(111)和(002)晶面的衍射強(qiáng)度之比均為恒值,I(111)／I(002)≈1.92；L21結(jié)構(gòu)母相XRD衍射的特點(diǎn):(111)和(002)晶面的衍射強(qiáng)度之比不是常數(shù),且I(111)／I(002)≤1.18；B2結(jié)

4、構(gòu)母相XRD衍射的特點(diǎn):(111),(113)和(133)等次近鄰衍射峰結(jié)構(gòu)消光。將實(shí)驗(yàn)衍射譜與模擬衍射譜進(jìn)行對比,測定Cu-Al11Mn9合金鑄態(tài)試樣的母相結(jié)構(gòu)為(80％DO3+20％L21)。熱處理對母相結(jié)構(gòu)的影響是:淬火冷卻速度減慢,DO3結(jié)構(gòu)比例下降；低溫時(shí)效溫度升高,DO3結(jié)構(gòu)比例下降；低溫時(shí)效時(shí)間延長,L21結(jié)構(gòu)的最近鄰和次近鄰有序度升高。
　　 3.馬氏體結(jié)構(gòu)研究方面:通過引入兩個(gè)影響因子x(電子濃度影響因子)和μ

5、(配位數(shù)影響因子)計(jì)算原子在實(shí)際合金中的有效半徑,以此為基礎(chǔ)并根據(jù)馬氏體結(jié)構(gòu)模型,利用不等徑鋼球密堆的原理,首次提出了計(jì)算馬氏體晶格常數(shù)的兩種算法:一是完全利用原子半徑計(jì)算馬氏體晶格常數(shù)；二是利用母相晶格常數(shù)和層間偏移量s計(jì)算馬氏體晶格常數(shù)。模擬了常見馬氏體結(jié)構(gòu)的XRD衍射譜,通過將實(shí)驗(yàn)衍射譜與模擬衍射譜進(jìn)行對比的方法,確定了鑄態(tài)Cu-Al10.5-Mn6和Cu-Al11-Mn6合金都是以4H馬氏體為主體的多類型馬氏體混合結(jié)構(gòu)。熱處理對

6、馬氏體有序度的影響顯著,隨著淬火冷卻速度降低或時(shí)效時(shí)間延長,馬氏體有序度升高。
　　 4.CuAlMn形狀記憶合金的阻尼性能研究方面:運(yùn)用跟蹤濾波技術(shù),采用懸臂梁彎曲共振裝置測試了表面應(yīng)力振幅4.05～40.5Mpa范圍內(nèi)CuAlMn形狀記憶合金在一階共振頻率和二階共振頻率下的室溫阻尼性能。研究結(jié)果表明,CuAlMn形狀記憶合金在單一馬氏體態(tài)和母相態(tài)都有可能具有高阻尼特性,最大表面應(yīng)力振幅為4.05Mpa時(shí),內(nèi)耗Q-1最高可以達(dá)

7、到10-1數(shù)量級(jí)。阻尼機(jī)制與合金的顯微組織和相結(jié)構(gòu)密切相關(guān),馬氏體相的高阻尼能力歸因于馬氏體攣晶變體在應(yīng)力作用下的再取向,而母相的高阻尼能力來源于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。CuAlMn形狀記憶合金的阻尼性能總體上表現(xiàn)為隨表面應(yīng)力振幅增加而下降的趨勢,在臨界應(yīng)力以下,母相態(tài)合金的阻尼性能下降速度明顯快于馬氏體態(tài)合金,超過臨界應(yīng)力以后,阻尼性能下降趨于平緩而且與組織相關(guān)性很小。CuAlMn形狀記憶合金的阻尼性能隨頻率升高而下降,有較強(qiáng)的頻率依賴性