铝基复合材料阻尼性能的研究

优质文档ZA-27 铝基复合材料的阻尼及蠕变性能的探究摘 要颗粒颗粒增加铝基复合材料和尺寸为1,2,3，4的钢筋通过混合的方法制成混凝土。样本以经过机械加工后大小为70x10x2 毫米的试样样的铸锭。利用机械动态热分析仪测试了在300500。C金属基的阻尼性能、弹性模量和增加基颗粒的机械性能。金属材料的阻尼性能随着温度的提升，位错密度减小，位错阻尼对材料的整体阻尼奉献下降。在较低温度下的基体一样颗粒相之间更简单发生界面之间的滑移，造成摩擦内耗提高阻尼性能，所以高温状况下复合材料的阻尼机制主要是由界面阻尼机制所供给 。关键词：构造材料，复合材料，铸造，阻尼性能1引言金属基复合材料为设计人员供给了很多便利的条件。因为金属基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐高温、耐磨损、耐疲惫、热膨胀系数小、化学稳定性和尺寸稳定性好等优点。目前，材料设计人员对陶瓷颗粒增加金属基复合材料产生深厚的爱好。和传统的低强度合金相比，金属基复合材料在实际应用中表现出提高弹性模量，强度，刚度低的热膨胀系数和摩擦学性能等优点。铝基复合材料在几十年前铜原件供给短缺的时期已经到达成熟阶段。在欧洲和北美洲铝锌合金已经被应用到轴承长达数十年之久，而很多其他零配件照旧是青铜制造。从高性能、高铝锌铸造，是目前常用的三种根本合金之一，并作为先进复合材料将逐步取代局部传统的金属材料而广泛用于低速高负荷的轴承、轴承套的应用。陶瓷增加铝基复合材料具有较大的比强度模量、耐磨强度、抗腐蚀性、 降低摩擦系数。材料的阻尼性能常被定义为材料在振动中由于内部缘由引起机械振动能消的现象，这种损耗来源于材料内部的构造特点和构造缺陷，材料的阻尼性可灵敏地反映材料内部的特点。由于金属基复合材料技术的出现，它和非金属的结合 金属和合金的阻尼行为得以修正。陶瓷增加金属/ 中金属基体的延展性和韧性和陶瓷颗粒高强度，高模量相结合，往往保存同一级别的阻尼性能13,14。金属材料的动态模数或硬度能承受的动载荷对于原子间潜在性能、蠕变性能和热膨胀性能的探究至关重要。对金属基复合材料动态性能的测量往往为标准静态测试技术 供给一种更为敏捷和准确测量的方法。1.1 一般理论一个应力周期的应力和应变之间的关系作为标准给了以下公式：其中应力和应变，f为振动频率，t为时间 为损耗角，损耗角是由于应力应变滞后造成的。志向的弹性材料的弹性模数为 和。不过，大局部材料都是滞弹性的为 和应力应变比的综合 可以表示为以下关系： 其中 是复模量的实部 ，被称为储能模量或动态模量 ；是复模量的一局部，是虚部，被称为损耗模量。因子代表阻尼容量；是明确的阻尼容量。目前工作报告探究的是铝颗粒增加ZA-27复合材料的加工过程的铸造技术。基于上述观点，进展了关于铝颗粒增加ZA-27 金属基复合材料的在多种温度下阻尼性能的评估，而对没有被增加的铝基复合材料也进展了同一组试验，是增加材料的阻尼性能进一步得到验证。目前的工作，利用动态分析仪型号983，杜邦，杜邦内穆尔公司，威尔明顿，DE，美国测量储能模量和动态模量。试验过程2.1试验材料本试验所用基体合金为ZA-27 。遵照基体合金的化学成分。美国ASTM B669 - 82锭规格见表1铝基基体的密度为1.66的含水的硫酸盐 ，平均颗粒度约 50-90 毫米 。它的化学成分是。表1.ZA - 27合金化学成分 美国ASTM B669 - 82铝氧石的质量百分比改变范围为1至4。用于制备复合材料标本的铸造技术，这是类似于夏尔马等人所运用的方法。在这个过程中，基体合金杂- 27是第一个高于其熔化温度和搅拌发起均质温度的热处理。在半固态金属中参加增加体，搅拌必须时间后升温至基体合金液相线温度以上，并搅拌必须时间后冷却。在这温度 440预热矾颗在这温度被预热的矾粒子进入溶浆之内后被引入熔融浆。活泼的直到粒子和基体界面点阵式之间的充分融合。熔体过热高于其液相线温度为500，基体合金浇铸到模具中的预制块上时，需施加必须压力并保压一段时间以便合金液充分浸渗到预制块中。该标本加工并抛光到大小70X10X2毫米。标本样品外表钻石进展抛光1毫米 四个复合样品在一样条件下进展测试，以验证重复性的数据。 2.2动态力学分析仪测试DMA包括样本臂，夹具，可线性的易变微分变压器, 电的磁性驱动器，和计算机控温接口。式样通过受到弯曲产生正弦应变振幅，同时由此测定弯曲应力。样本在一个封闭的空间夹持在两个终端之间加热和冷却，该电磁驱动程序适用于弯曲应变的标本样品上的应力LVDT的测量结果 。在本探究中，试样在磁盘夹子被移置 250个毫米峰，对应的至最大应变样本在夹子之间被测量的长度是大约 38个毫米。试样的温度改变范围为30至300 ，加热和冷却的循环率均为10 /min，既可以得到损失系数的对应曲线图和储存系数。3. 结果3.1 微观构造显微组织在合金的和复合材料全部性能中扮演重要角色。物理性能由显微组织确定，而在 ZA-27 合金中 , 显微组织的改变是铸造法中加热和冷却速率 的一个重要的标记。关于Zn - Al相图的一项探究说明，当 ZA- 27从熔体冷却到室温，它经过以下几个阶段：(+L)、(+)、最终(+)。ZA-27 合金中引入含量较低的铜377时通过三元共晶反响： 将产一种铜锌金属间化合物。在较低温度268时将由反响：产生 三项合金 。ZA-27合金基体组成中富Al时，产物为面心立方，枝晶间富锌的相为密排六方，和。 光蚀刻组成如图。 a)是富铝一阶段，而灰色的构造围围着它是一种富锌 和富铝相。黑暗区是富锌 阶段。微观构造如图1b所示，矾增加铝基复合材料矾微粒溶解度无论是在富铝，或是富锌阶段。晶粒尺寸ZA-2 和合金的大。结果，在混合物的富矾区，矾被大量消耗，当含矾到达4%时，矾偏析很显著。当在高放大倍率进展了分析，图1C的构造说明相对较冷的金属颗粒是金属冷却并形成临界晶核和。树枝状生长的构造，由于树枝晶间的限制所造成的溶质粒子富集。因此，从晶粒内部向外液体渐渐冷却后剩下的粒子和液体凝固共晶。但是，没有发觉粒子和基体之间的间隙，粒子被认为是和基体结合良好。3.2 阻尼效果一般来说，通常用于测量阻尼系数的指标包括正切损耗角，损耗因子，逆质因子，阻尼电容，对于一个阻尼性能较小材料来说有如下公式： 大多数动态的技术有动态系数和阻尼性能有同时测量的实力。动态系数的试验数据，损失系数，基体合金和复合材料的阻尼性能参照状况由表2给出。 图1.微观组织aZA-27基体合金；bZA- 27为 4铝金属基复合材料低辨别率显微图；以及cZA-27为4铝金属基复合材料高辨别率显微图。矾含量为1、2、3、4%增加铝基复合材料的动态模量和损耗模量在30-300时的显示图。阻尼性能随温度的提升而提升，储能系数随温度的提升而降低长阻尼系数何储能模量随重量的增加产生显著改变。4探讨各种机制可能有助于合金和复合的全部阻尼行为的因素。金属合金及复合材料的阻尼行为21。据报道，具有高阻尼锌铝合金淬火时。从上面的共晶温度在+两相的范围22。这证明高阻尼实力适合工作的缘由。铝颗粒对全部的 MMC 阻尼性能在陶瓷的微粒子之间由于热应变失调可能在阵 。铝微粒对于金属基复合材料的影响和陶瓷基体和ZA-27在组建过程中产生的热应变协作不当而引起的基体之间的位错度有关。对于AZ61合金及其为基体的复合材料，在室温下的阻尼-应变振幅可以采纳G-L理论来说明这是因为在室温下，材料的其它缺陷在测量应变范围内开动的可能性很小，当应变振幅较小时，试样的阻尼(Q以)很小，当应变振幅小于10-4时，几乎不随应变的增加而改变；在应变振幅大于10-4时，起先随应变振幅的增大而快速增加。因此，依据GL位错钉扎理论，可以表示成应变无关局部和应变的以下关系：其中C1和C2为材料常数，是应变，位错阻尼的预料随着温度的提升而下降，因为其浓度下降25。在本探究中，ZA-27合金热膨胀系数为26m/m而矾为7.4m/m。正因为热膨胀系数在数值上的差异如此大，较高的阻尼性能的铝增加ZA- 27合金和基体合金相比，在室温下，可能是由于热失配产生位错。基体和增加体之间的界面对复合材料的阻尼性能发挥重要作用。位错的存在因热膨胀系数的影响，界面和反响物的存在一样也具有粘接强度，温度提升时，界面效应可能会变得更加重要，因为基体合金变软相对于陶瓷微粒和界面的可逆的运动是有可能发生。由Schoeck供给一种关于基体沉淀物界面阻尼性能。假定一个黏着性的交界在高温的界面存在，对阻尼性能的奉献率近似于 其中为松泊常数，比例=0.33，Vf 为铝颗粒的体积分数，Q-1=0.0157。此观测值在高温下和实际阻尼增加相一样。热弹性阻尼效应是由齐纳提出的关于能源是基于事实的消退27在物质流所造成的不行逆热应力致热升降率。任何时候一种材料的应力在一个可逆的绝热过程不断熵，有总是在温度改变，这可能是特别小的。这种现象是众所周知的热弹性效应。热力学其次定律中熵是热从高温区到低温区传到产生熵，并作为其次定律结果热力学熵作为一种有用机械能转换成热能。由热弹性对阻尼的效应给出以下公式： Eu柔弹性模数，热膨胀系数，T0为肯定温度，C是比热/单位体积，角 速度， 为弛豫时间，夹层厚度，Kth为热导率。在目前的探究中，在各种状况下测量自然振动频率振动下的标本以便使=1。在某些温度下的热弹性效应见表3。5结论除了发觉铝增加ZA-27复合材料有较高的阻尼性能外，还有较高的动态系数。和提高阻尼性系数相比提高动态系数是特别显著的。全部样品阻尼对温度依靠性探究显示，温度提升阻尼系数增大，动态系数减小。用理论方程可以对几组阻尼机制进展分析。位错是由于强ZA-27基体合金在较低温度下供给的固有阻尼系数不匹配所致。在高温下由于界面软化产生的界面效应更重要。一般看来，而全部这些机制只有超过必须温度范围内，热弹性阻尼效应变得越显著。参考文献1 S.C. 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