DO I :10.13700/j .bh.1001 -5965.2005.02.004
2第00351
年 卷
2 第2
月 期
北京 航空航天大学学报 Journal of Beijing Universit y o f A eronautics and Astronautics
February 2005 Vol.31 No.2
关 键 词 :高强度阻尼铝合金 ;阻尼性能 ;晶界内耗峰 ;快凝 ;粉末冶金 中图分类号 :TG 135+ .7 文献标识码 :A 文 章 编 号 :1001-5965(2005)02-0121-04
Stability on the damping capacity and microstructure
第 2 期 马 岳等 :高强阻尼铝合金的阻尼性能和组织稳定性
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合金的阻尼性能和储能模量随测试温度的变化曲 线 .由图 6 、图 7 可见 :合金的阻尼性能及储能模 量曲线比较集中 , 经过不同的时效处理后其阻尼 性能和储能模量变化不明显 .
图 3 120℃ 50 h 时效后出现的平 行四边形晶界
图 8 显示了经过 120 ℃不同保温时间时效处
理的合金的阻尼温度曲线与时效前合金的阻尼温 度曲线的差值 ΔQ -1 , ΔQ -1 反映了时效处理给合 金阻尼性能带来的影响 .在 120 ℃时效处理中 , 最 明显是合金在组织结构方面的变化 , 随时效时间 的延长合金中出现了大量规则的晶界 .如图 8 所
Li Peiyong Li Wei
(Bei jing Institut e of Aeronautical M ateri als , Beijing 100095, China)
Abstract :The stability on the damping capacity and microstructure of the X7093 5(Zn-30Al)high strength aluminum alloy prepared by rapid solidification and powder metallurgy process was investigated with aging treatment . The alloy was aged at 50 ℃, 100 ℃, 120 ℃for 10h , 50h , 100h separately and then air cooled .The damping capacity and microstructure variation was tested with dynamic mechanical thermal analysis(DMTA)and transmission electron microscope(TEM).The result shows that the microstructure of the alloy changed from fine crystals to large crystals with regular and sharp grain boundaries , the effect of grain boundaries on the damping capacity increased .From room temperature to 250 ℃, the damping capacity increased from 4 ×10-3 to 3 .0 ×10-2 .Aging time and temperature do not have significant effect on the damping capacity below 120 ℃ and 100h and the alloy kept excellent stability .
Key words :high strength damping aluminum alloys ;damping capacity ;grain boundary internal friction ;rapid set ;powder metallurgy
收稿日期 :2004-06-20 作者简介 :马 岳(1961 -), 女 , 河北南宫人 , 副教授 , mayue@buaa .edu .cn .
图 8 时效处理产生的晶界引起的内耗峰
3 结 论
1)RS PM 工艺制备的 X7093 5(Zn-30Al)高强 度阻尼铝合金在时效处理过程中 , 随着时效时间 的延长 , 合金中逐渐出现大量规则的晶界及大量 的析出物 , 使得晶界的作用增强 , 晶界对合金阻尼 性能的贡献提高 .
为了研究阻尼铝合金在特定工作环境中长时 间服役的组织结构及阻尼性能的稳定性问题 , 根 据等效实验原理 , 设计了特殊的时效处理工艺 :时 效温度为 50 ℃, 100 ℃, 120 ℃, 分别保温 10 h , 50 h 和 100 h , 然后空冷至室温 , 按照上述工艺对试样 进行时效处理 .
of the high strength damping aluminum alloy
Ma Yue Zhao Haitao Han Haijun Xu Huibin
(School of Materials Science and Engineering, Bei jing University of Aeronauti cs and A)
2 实验结果与讨论
2 .1 时效处理对合金微观组织的影响 图 1 是未经时效处理的试样的 X 射线衍射图
谱 , 如图标定的衍射峰基本为 Al 峰 , 可见合金在 时效处理前即以结晶态存在 , 同时合金中含有 AlCuMg 金属间化合物 .图 2 为阻尼铝合金原始的组 织结构 , 由图可知 , 未经时效处理的合金内部保留 了一些析出物 , 合金组织呈细碎杂乱的晶态结构 , 但晶界不明显 .
采用快速凝固 粉末冶金(RS PM)工艺研制的 金属 金属基复合材料是一种同时具有优良的力 学性能和阻尼性能的新型高强低密度阻尼材料 . RS PM 工艺制备合金的方法为 :将熔化后的合金 进行超声波气体雾化制成金属粉末 , 将粉末包套 、 除气 , 在挤压机上热挤压成块体合金 .迄今已成功 研 制 出 FMS0714 xAl 、 FMS0714 y (Zn-30Al )、 FMS0714xAl y (Zn-30Al)等 系 列 高 温 阻 尼 铝 合 金[ 4] 和 X7093 y(Zn-30Al)等系列低密度高强度阻 尼金属 金属基复合材料[ 5] .
图 2 时效处理前合金的组织形貌
图 3 为经过 120 ℃50 h 时效处理后的微观组 织 .由图看出 :阻尼铝合金经过 120 ℃ 50h 时效处 理后 , 组织内隐约出现规则的平行四边形晶界 .
图 4 为经过 120 ℃100 h 时效处 理后的微观 组织 , 由图看出 :随着时效时间的进一步延长 , 合 金内出现了清晰的晶界 .可见经过时效处理后 , 合 金内部由最初的细碎杂乱的晶态结构转变成了具 有规则晶界的大晶粒结构 .合金内的晶界非常规 则 , 晶粒的尺寸比较均匀 , 并且在晶粒内部和晶界 上形成了大量细小的析出相 , 如图 5 所示 .析出颗 粒的直径在 10 ～ 25 nm 范围内 , 进一步的电子衍
图 6 为 合金在 120 ℃分别时 效 10 h , 50 h 和 100 h 后合金的阻尼性能和储能模量 E' 随测试温 度的变化曲线 .图 7 为在不同温度下时效 50 h 后
合金具有较强的温度效应 , 合金的储能模量 随着测试温度的升高而下降 , 其阻尼性能随测试 温度的升高而显著增大 .在室温至 250 ℃的测试 温度范 围 内 , 合 金阻 尼 值大 致处 于 4 ×10-3 ～ 3 .0 ×10-2范围内 , 250 ℃时的阻尼水 平可达室温 时的 5 ～ 6 倍 .但在室温至 100 ℃范围内 , 阻尼性能 无明显变化 .在测试 温度高于 150 ℃时合金达到 高阻尼合金[ 6] 的阻尼水平(Q -1 ≥1 .0 ×10-2 ).可 见 , 这种阻尼铝合金的阻尼性能与服役环境的温 度密切相关 . 2 .3 合金组织结构的变化对阻尼性能的影响
合金阻尼性能由动态力学热分析仪(DMTAIV 型)采用 3 点弯曲法测试 .测试温度范围为室 温至 250 ℃, 升 温 速 率 为 5 ℃ min , 测 量 频 率 为 1 Hz , 应变 振 幅为 4 ×10-5 .合金 的 阻尼 性 能由 Q -1 表征 .
将测试后的 DMTA 试样采用离子减薄制备透 射电镜试样 , 在 H-800 透射电子显微镜上观察合 金的微观组织 .
图 6 120 ℃时效不同时间的阻尼温度曲线
图 4 120℃ 100h 时效后出现的 120°晶界
图 7 不同温度下时效 50h 的阻尼温度曲线
图 5 析出物的形貌及[ 114] 方向的电子衍射斑 点
射及能谱分析表明析出物为具有面心立方(FCC) 结构的 AlCuMg 金属间化合物 . 2 .2 时效处理对合金阻尼性能的影响
本文 通过 分析 RS PM 工 艺制 备 的 X7093 5 (Zn-30Al)高强度阻尼铝 合金经过时效处理后微 观组织和阻尼性能的变化情况 , 研究了这类阻尼 铝合金在长期服役过程中阻尼性能和微观组织的
图 1 未经时效处理的阻尼铝合金的 XRD 曲线
稳定性 .
1 实验材料及方法
实验所用合金为北京航空材料研究院提供的 采用 RS PM 工艺制备的阻尼铝合金棒材 , 合金为 X7093 合金粉末与 Zn-30Al 合金粉末经混合 、包套 和除气后挤压而成 .用线切割制成 48mm ×8mm × 1mm 的试样 , 放置在 FM01-1 型鼓风干燥箱进行 恒温时效处理 .
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北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2005 年
示 , 经过 120 ℃ 50h 和 120 ℃100 h 时效处理后 , 在 250 ℃左右 ΔQ -1 达到最大值 .据内耗理论[ 7] , 由晶 界引起的内耗峰出现在合金熔点温度的 0 .4 倍左 右 , 实验所用合金的熔点为 660 ℃, 内耗峰应出现 在 264 ℃左右 , 因此在 250 ℃出现的 ΔQ -1最大值 应是由时效过程中产生的晶界引起的 .