Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的研究

论文摘要

本文从实际工程应用背景出发，以Fe-16Cr-2.5Mo阻尼合金为研究对象，研究了工况温度、热处理温度和外加磁场对合金阻尼性能的影响。并从微观组织结构和铁磁学方面深入分析了合金的阻尼本质。采用改进的JN-1型倒扭摆内耗仪研究了工况温度、热处理温度和外加磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响。利用CK-40M型OLYMPUS光学显微镜分析了合金的金相组织，并利用水基磁流体对直流磁场作用下磁畴的形貌及其移动特征进行了深入的分析。主要研究结果如下：研究了工况温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响。在室温到500℃的范围内，随工况温度的升高，Fe-16Cr-2.5Mo合金的阻尼性能δm和对应的峰值应变振幅γc都逐渐降低。当工况温度升高到300℃时，Fe-16Cr-2.5Mo合金的阻尼性能δm还能维持到原来的80％，仍具有良好的阻尼性能。其原因在于，随着工况温度的升高，原子间距扩大，原子间的交换积分作用和磁晶各向异性能降低，磁致伸缩系数λs降低，畴壁能密度降低，阻尼性能下降。研究了热处理温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响。热处理温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金的阻尼性能有大的影响。在800℃到1100℃的范围内，随热处理温度的升高，Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能逐渐升高，在900℃时阻尼性能有极大值（δ=0.28），之后又随热处理温度升高逐渐降低。研究了直流磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响。在直流磁场作用下，Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能随磁场强度的增大而增大，在0.08mT磁场强度下，合金的阻尼性能达到最大，之后随磁场强度的增大（0.08mT～4mT）而急剧下降。在弱直流磁场作用下，处于不稳定的细小磁畴体积发生变化，畴壁出现巴克豪森式移动，合金内耗明显增大。当合金磁化到饱和态时，磁机械滞后效应消失，合金的阻尼性能降到最低。施加外磁场后，磁畴显得宽大和均匀，并且发生了明显壁移。磁畴越宽，单位体积试样组织中畴界面积减小，即使畴壁的移动能力提高，组织中畴界移动所消耗的能量也会大大减小，阻尼性能下降。研究了交流磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响。在交流磁场作用下，合金的阻尼性能随磁场强度的增加先增大后减小，但衰减速度超过直流磁场。通过理论推导发现，导致这一变化的原因是交变磁场使畴壁处于振动状态，其振幅比相同磁场强度下的直流磁场的大，这使得合金更容易达到磁饱和，阻尼因而下降较快。研究了工况温度和外加磁场同时作用下对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的综合影响情况。在350℃恒温作用下，Fe-16Cr-2.5Mo合金的阻尼性能随磁场强度的增加先增大后减小，峰值出现在0.02mT。对比弱直流磁场作用下合金的阻尼变化规律，350℃恒温作用下Fe-16Cr-2.5Mo合金各个磁场段的阻尼性能都有明显下降。研究还发现，在0.08mT恒定磁场作用下，随工况温度的升高，Fe-16Cr-2.5Mo合金的阻尼性能呈线性下降。对比工况温度对合金阻尼性能变化规律，施加0.08mT恒定弱直流磁场使得Fe-16Cr-2.5Mo合金各个温度段阻尼性能都有明显提高。值得注意的是，施加弱磁场后，当工况温度高于200℃时，合金的阻尼性能下降趋于平缓，降低幅度明显小于无磁场状态。其原因是由于弱磁场加强了晶界处的磁极强度，增强了晶界的结合力，延缓了晶界驰豫的发生。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 阻尼合金的工程应用背景
• 1.2 阻尼合金的机制及表征
• 1.2.1 阻尼机制
• 1.2.2 阻尼性能的表征
• 1.3 阻尼性能的测量方法
• 1.3.1 低频扭摆法
• 1.3.2 共振棒法
• 1.3.3 复合振荡器法
• 1.4 阻尼合金的分类及性能特点
• 1.4.1 阻尼合金的分类
• 1.4.2 阻尼合金的性能特点
• 1.5 铁磁型阻尼合金的机制和研究概况
• 1.5.1 铁磁型阻尼合金的阻尼机制
• 1.5.2 磁机械滞后内耗
• 1.5.3 铁磁型阻尼合金阻尼性能的影响因素
• 1.5.4 铁磁型阻尼合金的研究概况
• 1.6 选题背景及研究目的
• 1.6.1 选题背景
• 1.6.2 研究目的
• 1.7 研究内容及技术路线
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 技术路线
• 2 Fe-16Cr-2.5Mo阻尼合金的实验方法
• 2.1 阻尼合金的熔炼及试样制备
• 2.2 真空感应设备和工艺
• 2.2.1 真空感应设备
• 2.2.2 真空感应熔炼工艺
• 2.3 内耗测试方法
• 2.3.1 倒扭摆仪测试系统
• 2.3.2 倒扭摆内耗仪的改进
• 2.3.3 阻尼的测试与表征
• 2.3.4 常用曲线分析
• 2.4 合金微观组织分析方法
• 2.4.1 金相组织的观察
• 2.4.2 磁流体的制备及磁畴的观察
• 3 工况温度和退火温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 3.1 工况温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 3.2 热处理温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 3.3 热处理温度对Fe-16Cr-2.5Mo合金显微组织的影响
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 工况温度对合金阻尼性能的影响
• 3.4.2 热处理温度对合金阻尼性能的影响
• 3.5 小结
• 4 外加磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 4.1 直流磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 4.2 交流磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 4.3 直流磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金磁畴结构的影响
• 4.4 实验结果分析
• 4.4.1 直流磁场对阻尼曲线峰值的影响
• 4.4.2 交流磁场对阻尼曲线峰值的影响
• 4.5 小结
• 5 工况温度和磁场同时作用下对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 5.1 350℃恒温下磁场对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响
• 5.2 0.08mT恒定磁场下工况温度对Fe-16Cr-2.5Mo阻尼性能的影响
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 350℃恒温下弱磁场对阻尼曲线峰值的影响
• 5.3.2 0.08mT恒定磁场下工况温度对阻尼曲线峰值的影响
• 5.5 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢