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CuAlMn合金及其增强镁基复合材料的阻尼性能研究

作　者: 韩刚
导　师: 吴昆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 形状记忆合金时效马氏体逆相变 Mg基复合材料阻尼性能
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文采用了真空熔炼法制备了Cu11.5Al5Mn、Cu10.5Al5Mn、Cu12Al6Mn三种成分的形状记忆合金,并对合金进行固溶处理以及不同温度和不同时间的时效处理。用这种合金作为增强体,以纯镁和AZ91镁合金做为基体,通过将合金粉碎成屑,机械混合然后进行热压和热挤压的方法制备出了体积分数分别为10%、20%、30%的复合材料。采用光学显微镜(OM)研究了CuAlMn合金不同状态的显微组织变化,并采用X射线衍射对固溶和时效后合金的相组成进行了分析。采用差热法(DSC)对合金的相变点进行分析。采用拉伸试验测试了合金的室温力学性能。采用机械动态热分析仪(DMA-Q800)测试了CuAlMn合金及复合材料的阻尼性能。制备出的CuAlMn合金升温过程中在150℃附近出现逆马氏体相变阻尼峰,且全马氏体态的阻尼比母相态的阻尼值高。合金在经过固溶水淬以后,会保留很多缺陷,由于这些缺陷阻碍相界面的运动,其马氏体逆相变温度升高。随变温速率的提高,相变阻尼峰值增加,马氏体逆相变点升高。随振动频率的增加,合金的相变阻尼峰值减小,但峰温不变。马氏体态下合金的阻尼值随着应变振幅的增加而增加,而在相变区内合金的阻尼值随应变振幅的增加而有略微降低的趋势。基于以上现象,我们得出合金的热弹性马氏体(逆)转变是一个多种阻尼机制共同作用的结果。对CuAlMn合金进行时效后的研究发现,该合金具有很好的抗马氏体稳定化性能。较低温度下时效时,马氏体组织形态发生变化,有序度增加,组织自协调性变好；较高温度时效后,会有第二相γ2的析出,同时马氏体的位向关系变得复杂,有序度下降。马氏体的组织形态发生变化是一个原子扩散过程,随温度的升高,元素扩散速度的加快,这个过程发生的时间会逐渐缩短。合金在200℃时效2h后其相变阻尼峰值达到最好,同时抗拉强度、延伸率也达到最好。对CuAlMn合金加入基体中的复合材料阻尼性能研究表明,室温下,CuAlMn合金加入纯镁基体中,其阻尼没有明显变化,有略微下降趋势；但加入AZ91合金基体中时,其阻尼有很大的提高,且随着体积分数的增加,阻尼值提高幅度很大。而在阻尼-温度谱曲线上,两种复合材料的阻尼随温度的升高而上升。但预期的在CuAlMn相变区会产生的高阻尼并没有出现,可能是由于制备过程中材料产生的某种变化阻碍了CuAlMn合金的相变所致。在现有的实验条件基础上,采用热压和热挤压的制备方法,这种预期的实验结果难以实现。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-27
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 材料的阻尼表征及测量方法  10-14
    1.2.1 材料的阻尼  10-11
    1.2.2 材料阻尼的表征  11-13
    1.2.3 材料阻尼的测量方法  13-14
  1.3 铜基形状记忆合金的研究进展  14-23
    1.3.1 高阻尼金属材料的研究现状  14-15
    1.3.2 热弹性马氏体相变特征  15-19
    1.3.3 低频相变阻尼机制  19-21
    1.3.4 影响形状记忆合金阻尼性能的因素  21-23
  1.4 镁基复合材料的研究进展  23-26
    1.4.1 镁基复合材料的阻尼设计  23-24
    1.4.2 镁基复合材料阻尼机制的研究  24-25
    1.4.3 SMA增强金属基复合材料的研究  25-26
  1.5 主要研究内容  26-27
第2章材料的制备和试验方法  27-32
  2.1 材料的制备  27-30
    2.1.1 合金成分的确定  27-28
    2.1.2 合金的熔炼  28-29
    2.1.3 热处理工艺  29-30
  2.2 试验方法  30-32
    2.2.1 X射线荧光光谱分析  30
    2.2.2 微观组织观察  30
    2.2.3 拉伸试验  30
    2.2.4 X射线衍射  30-31
    2.2.5 DSC测试  31
    2.2.6 阻尼性能测试  31-32
第3章 CuAlMn形状记忆合金的组织和阻尼性能研究  32-47
  3.1 铸态CuAlMn合金的组织与性能  32-34
    3.1.1 铸态CuAlMn合金的金相组织  32-33
    3.1.2 铸态CuAlMn合金的阻尼性能  33-34
  3.2 冷却方式对合金组织和性能的影响  34-39
    3.2.1 固溶空冷态的组织与性能  34-37
    3.2.2 固溶水冷态的组织与性能  37-38
    3.2.3 试验结果讨论  38-39
  3.3 CuAlMn合金的连续变温过程中的相变阻尼  39-46
    3.3.1 相变阻尼峰与变温速率的依赖关系  39-41
    3.3.2 相变阻尼峰对应变振幅的依赖关系  41-42
    3.3.3 相变阻尼峰对振动频率的依赖关系  42-44
    3.3.4 试验结果的分析与讨论  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章时效对CuAlMn合金组织和性能的影响  47-61
  4.1 Cu11.5Al5Mn时效后的组织与性能  47-56
    4.1.1 时效后金相组织分析  47-49
    4.1.2 时效后合金的XRD衍射分析  49-51
    4.1.3 时效对阻尼性能的影响  51-55
    4.1.4 时效对力学性能的影响  55-56
  4.2 Cu12Al6Mn合金时效后的组织及性能  56-59
    4.2.1 时效对显徽组织影响  56-57
    4.2.2 时效对阻尼性能影响  57-59
  4.3 本章小结  59-61
第5章 CuAlMn合金增强镁基复合材料的阻尼性能  61-66
  5.1 CuAlMn合金增强镁基复合材料的制备  61-62
  5.2 Cu11.5Al5Mn增强纯镁复合材料的阻尼性能  62-63
  5.3 Cu12Al6Mn增强AZ91复合材料的阻尼性能  63-65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-73
致谢  73

CuAlMn合金及其增强镁基复合材料的阻尼性能研究

内容摘要

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