CuAlMn形狀記憶合金的晶體結構和阻尼性能研究.pdf

1、由于CuAlMn形狀記憶合金具備優(yōu)良的力學性能和功能特性,能夠基本滿足功能／結構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。本文從阻尼機理,母相晶體結構,馬氏體晶體結構,阻尼性能等四個方面對CuAlMn形狀記憶合金進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 1.阻尼機理研究方面:首先通過對材料形變特性的解析,建立了線性動滯后阻尼的定量模型,得到了描述動滯后阻尼的兩個重要宏觀參量:馳豫強度和馳豫時間,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外加應力的微觀有序運動,而這種微觀有序運動必然同時導致微觀無序運動(即熱運動)的加劇,因而伴隨機械能部分轉變?yōu)闊崮艿牟豢赡婺芰亢纳?。第?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制的作用。
　　 2.母相結構研究方面:對于具有四個亞點陣位置的A-B-C三元合金,我們提出了表征其

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

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

5、(配位數(shù)影響因子)計算原子在實際合金中的有效半徑,以此為基礎并根據(jù)馬氏體結構模型,利用不等徑鋼球密堆的原理,首次提出了計算馬氏體晶格常數(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計算馬氏體晶格常數(shù)。模擬了常見馬氏體結構的XRD衍射譜,通過將實驗衍射譜與模擬衍射譜進行對比的方法,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構。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效時間延長,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:運用跟蹤濾波技術,采用懸臂梁彎曲共振裝置測試了表面應力振幅4.05～40.5Mpa范圍內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,最大表面應力振幅為4.05Mpa時,內耗Q-1最高可以達

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