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        第二相對(duì)AZ系鎂合金阻尼系數(shù)的影響

        2019-05-24 00:59:20錢(qián)亞鋒
        中國(guó)金屬通報(bào) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)耗共振頻率鑄錠

        方 明,錢(qián)亞鋒,吳 洋

        (國(guó)家鎂及鎂合金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,河南 鶴壁 458030)

        隨著工業(yè)和交通業(yè)的日新月異的發(fā)展,設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越來(lái)越高,振動(dòng)和噪聲是設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的三大公害之一。振動(dòng)影響了設(shè)備的質(zhì)量,縮短機(jī)械零件的壽命,降低了精度和可靠性,而阻尼材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是減震降噪的措施之一[1]?,F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展是以零件設(shè)計(jì)的輕量化、高強(qiáng)度化為特點(diǎn)。鎂及鎂合金是目前應(yīng)用最輕的結(jié)構(gòu)材料,而且還具有高比強(qiáng)度、高彈性模量的優(yōu)異性能,最重要的是鎂合金的高阻尼減震性是其他材料所不具備的特點(diǎn)。

        因此,對(duì)鎂合金阻尼性能進(jìn)行研究十分必要[2]?,F(xiàn)行的阻尼性能測(cè)試方法為GB/T 18258-2000阻尼材料阻尼性能測(cè)試方法,該方法采用懸臂梁共振法測(cè)定材料振動(dòng)阻尼特性,樣品制備復(fù)雜且要求高,而且頻率不可以任意選。本文探討了采用兩點(diǎn)支撐法進(jìn)行阻尼系數(shù)測(cè)試的方法,利用該方法研究鋁含量對(duì)鎂合金阻尼系數(shù)的影響。

        1 阻尼測(cè)試的原理

        試樣的共振頻率主要由試樣的彈性模量、密度和和幾何尺寸共同決定的,因此試樣的幾何尺寸、密度和機(jī)械共振頻率被測(cè)定出來(lái),就可以得出材料的彈性模量,根據(jù)所測(cè)共振頻率和半功率帶寬,計(jì)算出材料的損耗因子。

        半功率帶寬為共振曲線上共振峰的兩側(cè),振幅為共振振幅的0.707倍的共振頻率差。依據(jù)所給公式1即可計(jì)算出材料的損耗因子,測(cè)試過(guò)程在控溫箱中進(jìn)行,即可測(cè)出相應(yīng)溫度對(duì)鎂合金阻尼特性的影響。

        式中:

        Δf0i為第i階模態(tài)半功率帶寬。

        f0i為共振頻率。

        2 測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)及操作

        本方法采用圓棒狀試樣,將試樣橫向放置在支撐架。測(cè)試系統(tǒng)的儀器由激勵(lì)和接收兩部分組成,由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)正弦或隨機(jī)信號(hào)經(jīng)放大激勵(lì)激振器,對(duì)試樣施加激振力。由檢測(cè)傳感器檢測(cè)試樣的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào),經(jīng)放大器放大后送入顯示和記錄儀器。保持激振幅值恒定,連續(xù)改變頻率,測(cè)出試樣的共振曲線。根據(jù)共振曲線上的共振峰,計(jì)算出半功率帶寬。

        阻尼測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 兩點(diǎn)支撐法阻尼系數(shù)測(cè)試示意圖

        3 試驗(yàn)方法

        3.1 試樣制備

        選用AZ31鎂合金鑄錠、AZ41鎂合金鑄錠、AZ70鎂合金鑄錠、AZ80鎂合金鑄錠和鋁合金鑄錠,試樣尺寸均為φ7mm×22mm。尺寸公差為±0.2mm。

        3.2 試驗(yàn)過(guò)程

        將制備好的樣品用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗,并在烘箱中105℃加熱30分鐘烘干。采用排水法計(jì)算試樣密度。試驗(yàn)溫度選取20-30℃。

        將試樣放置在支撐架上,對(duì)試樣施加激振力,保持激振幅值恒定,連續(xù)改變頻率,測(cè)出試樣的共振曲線,根據(jù)共振曲線上的共振峰,計(jì)算出半功率帶寬。

        4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        4.1 鎂合金金相分析

        圖2為不同牌號(hào)鎂合金金相圖片,圖2a為AZ31鎂合金鑄錠金相圖片,圖2b為AZ41鎂合金鑄錠金相圖片,圖2c為AZ70鎂合金鑄錠金相圖片,圖2d為AZ80鎂合金鑄錠金相圖片,從圖片中可以看出,隨著Al元素的不斷增多,鎂合金中析出的第二相Mg17Al12的含量越來(lái)越多,第二相Mg17Al12在晶界處析出,分布越來(lái)越廣泛,析出相尺寸不斷增加。

        4.2 阻尼系數(shù)的測(cè)量

        對(duì)上述不同材料牌號(hào)、相同尺寸的試樣,在20-30℃室溫條件下,所測(cè)量的阻尼系數(shù)見(jiàn)表1,AZ系列鎂合金在室溫下的阻尼系數(shù)比鋁合金阻尼內(nèi)耗值大,說(shuō)明鎂合金具有較大的阻尼內(nèi)耗性能和優(yōu)異的減振性能。

        表1 不同材料阻尼系數(shù)(內(nèi)耗值)

        圖2 鎂合金金相圖片

        隨著Al含量的不斷增大,鎂合金阻尼內(nèi)耗值不斷增大[3]。說(shuō)明合金中元素鎂和鋁形成的第二相Mg17Al12對(duì)鎂合金阻尼內(nèi)耗性能產(chǎn)生了影響[4]。

        4.3 第二相對(duì)鎂合金阻尼性能的影響

        鎂合金的阻尼性能,由材料內(nèi)部的位錯(cuò)和溶質(zhì)原子釘扎所引起的,在振動(dòng)過(guò)程中,由于鎂合金中溶質(zhì)原子和位錯(cuò)的釘扎作用,在外力的作用下不可逆的往復(fù)運(yùn)動(dòng),因此產(chǎn)生機(jī)械靜滯效應(yīng)而產(chǎn)生能量損耗。

        通過(guò)上述的微觀組織的變化,析出的第二相的尺寸增加,提高了單個(gè)析出相的釘扎作用。

        在鎂合金組織中,Mg17Al12析出相作為釘扎點(diǎn),隨著Al含量的增加,第二相Mg17Al12含量不斷增多,對(duì)振動(dòng)具有吸收、粘滯、分割和發(fā)射等作用,從而吸收了更多的振動(dòng)能,使鎂合金的阻尼系數(shù)增大[5]。

        5 結(jié)論

        (1)鎂合金比鋁合金具有更好的阻尼能耗性能。

        (2)AZ系鎂合金中,隨著第二相的不斷增加,合金的阻尼內(nèi)耗值不斷增大。

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