第十讲-阻尼复合材料解析PPT教学课件

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➢孪晶型
孪晶面在外应力下的易动性和弛豫过程，造成对振动能的吸收。
如Mn-12Cu合金经925℃时效几小时后 水冷，在室温附近具有很高的内耗值， 是由（101）和（011）孪晶面的应力感 生运动引起的
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孪晶金相组织
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阻尼合金的特性
➢合金阻尼与强度的关系
各种材料的衰减系数 的大小基本上与抗拉 强度成反比倾向
对于实际固体，应力和应变 可表示为：
E为杨氏模量, 为相角差
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应力-应变曲线。 (a)理想弹性体；(b)实际固体
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应力在一个周期内在材料中的能量损耗：
单位体积的振动能： 每周的能量相对损失为： 振动系统的品质因子Q的倒数表示内耗：
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在金属学中常用内耗（Q-1)或对数衰减率（δ:前后相邻两次振幅比值的 自然对数）表示。
减振系数对共振曲线和自由衰减曲线的影响 7
减振机制
➢复相减振材料，在强韧的基体中，如有软的第二相析出，则在基体和 第二相的界面上，容易发生塑性流动或粘性流动，外界的振动或声波可 以在这些流动中消耗。
例：片状石墨铸铁（灰口铁）， 通过铸铁内石墨的粘性和塑性变 形而产生减振效应。（动滞后机 制）
➢铁基阻尼合金（静滞后型）
2020/10/16 1100℃回火后Fe-Cr基合金的力学性能和阻尼性能
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影响铁基合金阻尼性能的因素
✓碳、氮、氧间隙原子阻碍畴壁的运动，损害阻尼性能。质量分数， 碳：<0.007%；氮：<0.0012%；氧<0.021%
✓在热处理工艺上，一般退火温度越高，冷却速度越慢，阻尼性能 越好。高的退火温度，可获得大的晶粒；慢的冷却速度，可减少 内应力，这有利于畴壁的运动。
➢阻尼特性与振幅的关系
复相型合金受振幅影响较小，孪晶型和位错型较大，铁磁型最大。 一般应变振幅越大，阻尼越大
回线的面积与加载频率无关，和振 幅有关
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静滞后下的应力应变回线粘滞系数，m为振动体的质量，λ= β/2m为阻尼 系数，固有频率ω0=(k/m)1/2
当材料施加应力后， 阻尼共振型固体的应 变随时间的变化与材 料的阻尼系数λ有关。
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滞弹性体的应变与时间的关系
➢振动周期很长时，振动周期远大于弛豫时间，弛豫在一周期内早已 完成，每一瞬时应变都接近平衡值，应变为应力的单值函数，不产生 内耗；
➢当应变弛豫不能跟上应力变化，此时应力应变曲线为一椭圆，椭
圆2面02积0/10正/16比于内耗。
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静滞后型内耗
由于应力和应变间存在着多值函数的关系。在同一载荷下，在加载 过程中和去加载过程中对应的应变值不同，并且在完全去掉载荷后 有永久形变残留，要想把这部分残余应变去除就需在相反方向加一 定载荷。
✓铁磁材料内的磁畴由于各自的自发磁矩方向不同，在外力作用
下会发生消、长和磁滞伸缩，并且各磁畴相互连接，在各自伸缩
运动时相互牵制，从而产生不可逆的畸变。
✓各磁畴的消长引起微区域的磁化向量改变，由此产生涡流，引
起能量消耗。
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✓一般铁基合金阻尼能力很小。中碳钢SDC只有1%，低碳钢为4% ✓对Fe-Cr、Fe-Mo、Fe-Co、Fe-W系合金成分合理匹配，可以提高 阻尼能力
第六章 阻尼复合材料
a-减振材料；b-防振材料； c-吸音材料；d-隔音材料。
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阻尼材料：具有结构材料应有的强度并能通过阻尼过程（内耗）把振 动能较快的转变为热能消耗掉的合金等。
内耗和阻尼：固体对振动的衰减，是弹性波与固体内的各种缺陷（点、 线、面）或声子、电子、磁子等元激发的相互作用，而使机械能消耗 的现象，是一种力学损耗。
减振系数（SDC）（损失系数）：振动物体内振动能转变为热能而损 失的比率，既振动一周振动能的损失率。
具有如下近似关系：
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动滞后型(弛豫型)内耗
材料的滞弹性(anelasticity)引起，在加载或去载时应变不是瞬时到达 平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成这种变化。
➢当频率很高 时 ， 振 动周期远小于弛豫时 间，即弛豫量很小， 在一个周期内几乎不 发生弛豫，物体的行 为接近完全弹性，内 耗很小；
✓在微观组织上，以单相铁素体组织为佳。
✓冷变形后，合金内部内应力增大，位错增多，阻碍畴壁的运动， 而使合金阻尼能力下降。
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铁基合金阻尼性能与外界条件的关系
✓应变振幅是影响铁基合金阻尼性能的最敏感因素之一。在阻尼能力 -应变振幅关系曲线上，有一阻尼峰。
✓振 动 频 率 。 当 频 率 超 过 某 个 临 界 值 （ Barkhausen 跳 动 频 率 ， 约 300kHz），阻尼性能会急剧恶化。超过此临界频率，畴壁的运动赶不 上振动应力的变化，磁机械阻尼机制失效，阻尼能力急剧下降。在此 临界值以下，频率对阻尼性能的影响不大。
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➢ 位错型合金
在组织中有析出物或杂质原子，对位错有钉扎作用，在外力作用下 位错线作不可逆的往复运动，产生静滞后型内耗。
位错阻尼的钉扎模型 a) 被杂质钉扎的位错在应力下的脱离；b)位错应力应变途径
这类合金具有最大的衰减系数，如铸造镁合金的衰减系数可达60%
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✓工作温度。铁磁性在居里温度700℃左右消失。
✓磁场。铁基高阻尼合金的高阻尼性能主要源于磁-机械滞后效应。当 磁场强度大于矫顽力后，阻尼能力一般随磁场强度增大而减少；当合 金磁化到饱和时，磁机械阻尼也就消失。
✓净应力。对阻尼性能的影响倾向于与磁场相似。
✓交变应力。合金只有在小于某一平均应力条件下应用下才会有效。
α为减振系数与强度的 乘积，常用于比较实际 材料的减振性能。
形状记忆合金： Mn-Cu, NiTi, Cu-Al-Ni 无声合金： Fe-12Cr3Al 超塑性合金： Mg-Zr, Mg, Al-Zn
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各种金属材料的强度和减振系数
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➢阻尼性能与温度的关系
阻尼材料的阻尼机制不同，与温度的依赖关系也不同。 孪晶型合金：由于马矢体相变温度的限制，使其使用温度不超过 80℃；而铁磁型合金具有很好的高温阻尼性能，在380℃以下， 合金的阻尼性能不变。