铸造镁合金阻尼性能研究

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随着现代工业和交通业的发展,振动和噪声的危害日益凸显。无论是军事上还是民用上,振动和噪声都会直接影响机械装备的运行精度,也极易降低疲劳寿命和使用寿命。阻尼镁合金的开发及应用就是从材料角度达到防止噪声源发出噪声和阻尼噪声源传播的有效措施之一。本文采用铸造合金化的方法对Mg-Cu-Mn、Mg-Si和Mg-Ni系阻尼合金进行了研究,并得到了一些有意义的结论。首先,本文通过研究Mg-Mn二元合金的阻尼性能、力学性能和耐腐蚀性能,开发出新型Mg-1%Mn高阻尼合金。Cu元素添加到Mg-1%Mn基体合金后可以显著细化合金组织,并在晶内析出点状的二次Mg2Cu相和在晶界上形成带状Mg2Cu离异共晶相。晶界上逐渐增多的离异共晶组织对合金力学性能不利,并促使脆性沿晶断裂的产生。由于Cu在镁基体中固溶度较小,而Mn在α-Mg中具有一定的固溶度,因此Cu加入到Mg-1%Mn基体合金后并不会增加位错的弱钉扎点数,从而对Mg-Cu-Mn合金低应变振幅下阻尼性能影响较小;而在高应变振幅阶段,合金阻尼值随着晶粒细化和Mg2Cu相的形成而有所下降。其次,本文探讨了Si含量对Mg-x%Si和Mg-9%Al-x%Si合金组织及性能的影响规律。对于Mg-Si二元合金,Si的添加能细化合金组织,改善合金力学性能。由于少量Si原子的固溶,Mg-x%Si合金的低应变振幅阻尼值均要低于纯镁,但随着Mg2Si相含量的增加,合金位错密度会不断增加,合金阻尼性能得到一定改善。在高应变振幅阶段,由于位错密度增加对合金阻尼性能提高的贡献有限,合金的阻尼值随着晶粒细化和Mg2Si相含量的增加而降低。对于Mg-9%Al-x%Si合金,合金中Mg2Si相的形态与Si的添加量密切相关,当Si含量低于1.3%,合金中Mg2Si相呈汉字状,而Si含量达到2.3%后,合金中主要形成树枝状Mg2Si颗粒。Mg2Si相的形貌、体积分数以及Mg17Al12相的分布情况对Mg-9%Al-x%Si合金的阻尼性能有重要的影响。低应变振幅下,由Mg2Si相产生而增加的位错密度会提高合金阻尼值;而在高应变振幅阶段,离散分布的Mg17Al12相和粗大的Mg2Si枝晶都会降低Mg-Al-Si合金的阻尼性能。最后,本文对Mg-3%Ni-x%Cu合金的组织及性能进行了研究。Cu元素的加入能够细化Mg-3%Ni基体合金组织,并在晶界上形成(α-Mg+Mg2Cu)层片状共晶相。当Cu含量低于1.5%时,α-Mg枝晶细化和晶界上逐渐增多的片状共晶含量能够显著提高合金力学性能。低应变振幅阶段,Cu含量的增加对Mg-3%Ni-x%Cu合金的阻尼性能影响较小;而在高应变振幅下,不断细化的α-Mg枝晶和增加的共晶相含量都会降低合金阻尼值。
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