Al-Zn合金阻尼机制以及阻尼性能影响因素

作者：王峰阳

来源：硕士, 西南交通大学, 2017.

• 铝锌合金
• 阻尼性能
• Ti元素
• Zr元素
• 热处理
• 晶界

锌铝基合金因其优异的机械性能、耐磨性、阻尼性能及低廉的成本,被广泛应用于替代传统材料生产轴承、轴瓦、滑块等部件。大多数国内外学者的研究多集中在Zn含量高于50wt.%的锌铝合金,而对于Zn含量低于50wt.%的铝锌合金研究较少。铝锌合金与锌铝合金相比由于Zn含量低,具有质量轻的优势且具有一定阻尼性能。为更多更好地了解铝锌合金,本文对铝锌合金进行了研究。本课题为确定合适的合金成分,以获得阻尼性能优异、力学性能良好的轻量化铝锌合金,分别熔炼了 Al-25wt.%Zn,Al-35wt.%Zn和Al-45wt.%Zn三种成分的铝锌合金并进行了均匀化热处理,通过优化选取Al-45wt.%Zn,并向Al-45wt.%Zn合金中分别加入了 0.4wt.%,0.6wt.%,0.8wt.%的Ti和Zr,再次选定最优成分后又分别进行了 380℃×3h+400℃×1h,370℃×10h+180℃×6h,350℃×2h+200℃×1Oh 的热处理实验。通过金相显微观察、X-射线衍射、阻尼性能测试、室温拉伸试验、显微硬度测试对试样进行了组织性能对比,得到的研究成结果如下:（1）在本文研究的二元合金中,Zn含量的越多,合金的阻尼性能越好。Al-45wt.%Zn合金的晶粒最细,共析强化相最多,使得可动界面的数量最多,因此,Al-45wt.%Zn合金表现出性能最优,其阻尼值为0.012,分别比Al-25wt.%Zn和Al-35wt.%Zn合金的阻尼值提高了 50%和16.7%。抗拉强度为243.1MPa,屈服强度为198.8MPa,伸长率为3.7%,硬度为 85.9HV。（2）（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Ti 和（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Zr 的阻尼性能最优,阻尼值分别为0.014和0.013。相比于二元Al-45wt.%Zn合金阻尼值分别提高了 16.7%和8.3%,加入0.4wt.%Ti和0.4wt.%Zr可以细化晶粒;加入0.6wt.%Ti和0.6wt.%Zr能与A1生成金属间化合物,作为异质形核的核心,弥散强化,增加晶界。加入0.6wt.%Ti的铸态合金的硬度值为94.6HV、比二元合金提高了 10.1%,但低于加入0.8wt.%Ti的铸态合金,其硬度值101.3HV;加入0.6wt.%Zr的硬度最强,为96.2HV,比二元合金提高了 12%。一方面晶粒的细化可以增强合金的硬度,另一方面过量的金属间化合物会析出在晶界,阻碍晶界的可动性,对硬度有贡献作用。（3）热处理 350℃×2h+200℃×1Oh 对（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Ti,370℃×10h+180℃×6h对（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Zr三元铸态阻尼性能改善效果最好,阻尼值分别达到了 0.0175和0.018,相比于Al-45wt.%Zn二元合金分别提高了 45.8wt.%和50%,相比于（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Ti 和（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Zr 三元铸态合金分别提高了25%和38.5wt.%;抗拉强度分别为214.2MPa和222.4MPa,屈服强度分别为209.8MPa和214.3MPa,与二元合金相差不大;拉伸率分别为16.1wt.%和15.9%,相比于二元Al-45wt.%Zn合金分别提高了 335%和330wt.%;硬度分别为128.7HV和113.7HV,相比于二元 Al-45wt.%Zn 合金分别提高了 49.8%和 32.4wt.%,相较于（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Ti 和（Al-45wt.%Zn）-0.6wt.%Zr 三元铸态合金分别提高了 36wt.%和 18.2wt.%,综合性能最好。热处理提高阻尼性能的原因是温度升高,加热时间增长,一些铸态时的非平衡相分解,成分趋于均匀化,层片状共析相逐渐转变为粒状,将共格界面转变为非共格界面,晶粒细化,阻尼性能增强。晶界中的低熔点共晶物溶解,界面可动性增强,阻尼性能提高的同时塑性增强,强度降低;η硬相增多,强度增大。

• 出版日期2017
• 单位西南交通大学