本课题将研究的材料阻尼是Mn-Cu高阻尼合金,论述阻尼材料的表征方法,阻尼的分类,阻尼的测试方法,各种阻尼机理和阻尼合金的制备方法等内容。
1。2 减振合金的阻尼机制
1。2。1 阻尼原理与内耗
系统即使在一个封闭的环境中,如果受到外力的作用而产生振动,这种振动因内部的摩擦也会衰减下来,使系统达到平静的状态,这种将振动能量以热能形式而散失的现象,叫做内耗,即固体的振动能会因为其内部的原因而逐渐耗散。内耗根据它产生的原因可以分成弛豫型内耗、静滞后型内耗以及阻尼共振型内耗[6]。
1) 弛豫型内耗
滞弹性的特征是在加载或卸载时,要么应变落后于应力,要么应力落后于应变,他们并不同步,存在一个时间差,应变经过一种弛豫过程达到其平衡值。卸载后应变仅仅一部分瞬间回复,其它部分应变是经过一段时间慢慢回复到零,该现象叫弹性后效。如果应变在低于最大应变的一个应变值保持不变,其应力逐渐向与应变相匹配的应力值慢慢地变化,该现象称为应力弛豫。在一定的振动频率的应力下,因为应变跟不上应力的变化而产生内耗。因为这种原因产生的内耗叫弛豫型内耗,这种内耗和振动的频率有关系,但是和振动的振幅有关系[4、7]。
2) 静滞后型内耗
在较低振动频率的条件下,应力与应变有一个多值函数的关系,即在加载和卸载过程中一样的载荷条件下会出现不同的应变值。完全卸载后有永久形变存在。只有向相反的方向加载时应变才能回复到零的状态。由于该种原因产生的内耗称为静滞后型内耗[7、8]。该内耗与频率并无任何关系,却和振幅存在很强的依赖关系。内耗在某一振幅处会出现最大值。
3)阻尼共振型内耗
如果振动系统的外加应力的频率与系统本身的固有频率一样时,就会使振动的振幅达到最大值,即共振现象。此时,由于位错线的运动导致非弹性应变从而产生的阻尼,即为阻尼共振型内耗[9]。该内耗与频率有关,而与振幅无关。
1。2。2 减振合金的阻尼机制
减振合金根据合金的阻尼机理经常分成四大类:复合型、铁磁性型、位错型以及孪晶或界面型[10、11]。第一种机理属于动滞后型,该类合金阻尼性能与温度和频率存在强烈的相关关系;而后三种的阻尼机制归类为静止后型,该类合金的阻尼性能与振幅存在强烈的依赖关系,但与温度和频率并无任何关系。
1)复合型阻尼合金
高阻尼性能来自复相组织的相界或晶界的粘滞性流动的叫复合型阻尼合金。这类阻尼合金是由两种或两种以上的多种相构成,其阻尼机制是受到振动时由第二相组织与基体组织的相界面产生塑性变形或第二相组织发生变形而消耗振动的能量,并将振动能以热量的形式散失,如球状、片状石墨铸铁:Fe-C-Si-Mn、软钢板+塑料等[4]。片状形态石墨的铸铁是一种十分常见的复合型阻尼合金,这种合金的阻尼性能由石墨的形态、数目和分布来决定的,尤其石墨的形态最为重要。片状石墨形态的阻尼性能十分的好,比球状石墨形态合金的内耗要高两个数量级之多。
2)铁磁性型阻尼合金
铁磁性型阻尼合金的高阻尼性能来自于磁畴之间的交界面(畴壁)不可逆位移 [11、12]。其阻尼机制是在到外界的交变振动的条件下,因为变形产生的磁畴交界面非可逆移动而出现磁力学上的静态滞后现象,经过加载、卸载以及反向加载的过程在应力和应变关系曲线上显现一定面积的圈,该圈的面积与损耗的振动能在数值上是一样的,该振动能的损耗形成对振动的阻尼衰减。如Fe-Cr-Al、Co-Ni-Ti-Al等,其主要优点是价格便宜,加工性能优良,具有一定的耐磨损和耐腐蚀性能,频率对其影响十分小,在保持性能不变的条件下使用最高温度较高,性能十分稳定,并且可以用机械合金化和表面热处理来提高其综合性能,主要缺点是应变振幅与其存在强烈的依赖关系,需要的热处理温度也比较高(1000℃左右)。