Mn-Cu高阻尼合金的制备及组织性能研究

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锰铜合金作为一种阻尼减振材料,由于Mn元素易氧化,蒸汽压高,该合金不易制备,其力学性能和阻尼性能也有待进一步的提高。本文采用充Ar的电阻熔炼炉熔炼法、本课题组自制的直热法粉末烧结法,真空管式炉烧结法制备Mn-Cu合金,通过光学显微镜(OA)、万能试验机、扫描电镜(SEM)、物相分析(XRD)、动态热机械分析(DMA)等方法来观察分析合金的组织成分、形貌及性能,得到最优制备方法。针对该制备方法研究烧结温度、Cu含量、热轧对合金组织性能的影响;还探究了固溶时间,固溶温度,添加合金元素对合金组织性能的影响。取得如下结果:1)通过对相同Cu含量的Mn-Cu合金采用三种不同制备方法制备的合金进行组织形貌和性能的对比的分析,得到最优的制备方法为真空管式炉烧结制备法。且在Cu含量25%,烧结温度1400℃,450℃热轧(压下量为40%)时该合金各性能达到最优。此时合金的抗拉强度为530 MPa,屈服强度298 MPa,延伸率8.9%,阻尼性能在应变振幅为1×10-4、频率50 Hz时损耗角正切值tanδ为0.09973。2)在研究固溶时间和固溶温度对合金性能的影响规律时,发现随着固溶时间和固溶温度的增加,其力学性能和阻尼性能均随之先增加后减小。固溶温度的增加,对合金时效过程中的调幅分解具有促进作用,调幅分解易于发生,FCC-FCT转变就会增多,马氏体增加,达到提高合金阻尼性的目的。并且得到最优的固溶处理结果,在固溶温度为900℃时固溶1 h水淬后进行430℃8 h时效时各性能达到最优为:抗拉强度580 MPa,屈服强度315 MPa,延伸率10.4%,在应变振幅1×10-4、频率50 Hz时损耗角正切值tanδ为0.1476。3)通过对添加不同合金元素合金的组织性能分析发现,添加Al元素和Cr元素均是只能提高合金的阻尼性能,而Ni元素却可以同时提高合金阻尼性能和力学性能。添加Ni元素后抗拉强度652 MPa,屈服强度326 MPa,延伸率13%,在应变振幅1×10-4、频率50 Hz时损耗角正切值tanδ为0.13614。加入Ni元素扩大γ相区,Ni原子的原子半径与Cu元素相差较大,造成的晶格畸变大,促进马氏体和孪晶的形成,提高合金阻尼性能,根据合金元素形成固溶体时固溶强化规律,其强化作用越大,力学性能也就越高。
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