книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

Приведенные на рис. 55 кривые сжатия закаленных образцов из сплава с 75% Мп, построенные при темпе­ ратурах 400, 450, 500, 550 и 600°С, позволяют сделать некоторые обобщения. В частности, можно сделать вы­ вод, что процессы старения, приводящие к уменьшению объема, протекают без инкубационного периода.

Фундаментальные дилатометрические исследования [124] процессов изотермического старения при 450, 500

___ ______________ и 550°С серии сплавов Мп—

зависит от состава сплавов. Она сравнительно велика для сплавов с содержанием от74 до 83% Мп и мала для сплавов с содержанием от 59,6 до 74% Мп. Хорошо аргументированного объяснения этим аномалиям пока не найдено.

3. ДЕМПФИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СПЛАВОВ Мп — Си

Высокая демпфирующая способность является од­ ним из основных достоинств сплавов Мп—Си, предназ­ наченных для деталей, работающих при циклическом на­ гружении. Демпфирующая способность этих сплавов на величину в 1—2 порядка выше, чем у сталей, промыш­ ленных сплавов на основе меди, алюминия, титана, и в несколько раз больше, чем у чугуна.

Исходя из сказанного в предыдущем разделе, струк­ тура сплавов Мп—Си при содержании свыше 82% Мп в состоянии закалки, а при содержании 60—82% Мп пос­ ле закалки и последующего старения характеризуется

торов на демпфирование целесообразно достаточно чет­ ко разделить демпфирующую способность при малых амплитудах (фон) и демпфирующую способность при значительных амплитудах (амплитуднозависимое демп­ фирование). Это разделение обусловлено различным механизмом демпфирования при малых и больших амп­ литудах и важно при учете условий работы деталей.

Демпфирующая способность при малых амплитудах (фон)

Демпфирующая способность при малых амплитудах закаленных сплавов Мл—Си с содержанием до 75% Мп мала. При большем содержании марганца, с появлением в результате закалки тетрагональной структуры, демп­ фирующая способность сплавов резко возрастает, при­ чем наиболее интенсивный рост наблюдается при уве­ личении содержания марганца от 80 до 90>% [45]. На рис. 57 показаны результаты экспериментов, проведен-

Высокая демпфирующая способность непосредствен­ но после закалки обусловлена не только тетрагональностью структур, но и значительными внутренними напря­ жениями. Однако вследствие низкого сопротивления пластической деформации сплавов в закаленном состоя­

нии внутреннее напряжение в них довольно быстро релаксирует даже при комнатной температуре, что приво­ дит к существенному уменьшению демпфирования [143, 146].

Кинетика уменьшения демпфирующей способности некоторых высокомарганцевых сплавов при естественном старении после закалки показана в табл. 9 [146].

Т а б л и ц а 9

Изменение демпфирующих свойств сплавов в процессе естественного старения

В табл. 10 приведены результаты измерения демпфи­ рующей способности некоторых сплавов при трех уров­ нях амплитуд напряжений непосредственно после закал­ ки и после вылеживания в течение 8 лет [124]. Прило­ жение к последним образцам напряжений 70 Мн/м2 (7 кГ/мм2) и выше приводит к полному восстановлению

первоначального уровня (т. е. до вылеживания) демпфи­

рования.

Искусственное старение закаленных сплавов Мп—Си изменяет зависимость демпфирующей способности от состава [125, 145, 147]. Очень большое демпфирование высокомарганцевых сплавов уменьшается в несколько раз, оставаясь все же значительным. Напротив, в спла­ вах с относительно невысоким содержанием марганца (от 40 до 75%) демпфирующая способность резко уве­ личивается [135, 125, 145]. Как следует из рис. 58, мак-

Рис. 58. Демпфирующая способность сплавов М.П— Си при поперечных колебаниях с малой амплитудой 0,1 Мнім2 (10 ГІм2) после закалки и старения в те­ чение 2 ч при различных температурах, °С:

1—350; 2—400; 5—450; 4—500; 5—600

симальное повышение демпфирующей способности в сплавах, содержащих от 40 до 75% Мп, достигается после старения при 450°С, 2 ч. Снижение, а также повы­ шение температуры старения относительно обычно при­ нятой (450°С) уменьшает величину характеристик демп­ фирования. На рис. 59 показано влияние продолжитель­ ности высокотемпературного старения при 625°С на демпфирующую способность сплава Си+88% Мп, пред­ варительно закаленного с 925°С. Измерения проводили при поперечных колебаниях с малой амплитудой в ин­ тервале температур от комнатной до —40°С. Высокая демпфирующая способность сплава, наблюдавшаяся непосредственно после закалки в результате старения и течение 72 ч, снизилась незначительно, но резко упала

после старения 144 ч. Дальнейшее увеличение продолжи­ тельности старения сравнительно мало уменьшило демп­ фирующую способность. Проведенные параллельно рент­ геноструктурный и металлографический анализы показа­

Рис. 59. Температурная зависимость

тональности и переход двойниковой структуры в не­

двойниковую.

Демпфирующая способность сплавов при малых амплитудах сильно зависит от скорости охлаждения при закалке. Регулируя эту скорость охлаждения, можно значительно изменить характер зависимости демпфиру­ ющей способности сплавов от их состава и получить кривую с максимумом демпфирующей способности, от­ вечающей сплавам со сравнительно небольшим содер­

жанием марганца. Как следует из данных, приведенных на рнс. 60, наибольшее значение демпфирующей спо­ собности наблюдалось после охлаждения со скоростью 100 градЫ. Демпфирующая способность этих образцов была значительно выше, чем у закаленных с большой скоростью, причем в отличие от последних, заметное повышение демпфирующей способности после охлажде­ ния со скоростью 100 град'ч наблюдалось уже в спла­ вах с 35% Zn. При меньших скоростях охлаждения максимальная демпфирующая способность смещается к

пературах 450 (3), 500 (4) и 600°С (5) [157]

сплавам с 60—65% Мп. При этом зависимость демпфи­ рования от состава сплава становится менее четкой.

На рис. 61 представлены результаты исследований влияния на демпфирующую способность при малых ам­ плитудах термомеханической обработки (закалка, хо­ лодная пластическая деформация и старение при 360— 600°С, 2 ч). Старение при 360°С заметно не увеличило демпфирующую способность. Старение при і500°С и осо­ бенно при 450°С резко увеличило демпфирующую спо­ собность во всех сплавах с содержанием >40% Мп. Повышение температуры старения до 6О0°С снизило демпфирующую способность у всех исследованных сплавов.

В результате сопоставления приведенных выше дан­ ных можно заключить, что старение при 450°С по эф­ фекту изменения демпфирующей способности соответст­ вует охлаждению от температур закалки со скоростью

Демпфирующая способность при значительных амплитудах

Демпфирующая способность сплавов Мп—Си при больших амплитудах зависит от состава и термической обработки более сложным образом, чем при малых амплитудах.

Для закаленных сплавов, содержащих менее 75% Мп, характерно, что демпфирующая способность мала для всех амплитуд. При повышении содержания мар­ ганца демпфирующая способность в амплитуднозави­ симой области резко возрастает, достигает максимума в сплавах [53, 112] с 82—85% Мп и затем почти также резко падает (рис. 62) [125, 145].

Рис. 62. Демпфирующая способность сплавов Мп—Си после закалки при крутильных колебаниях с различными амплитудами [U2]:___________________________________________

Демпфирующая способность сплавов в закаленном состоянии оказывается выше в случае более крупнозер­ нистой структуры [124].

вов Мп—Си как-бы сдвигается в сторону сплавов с меньшим содержанием марганца, а величина относи­ тельного рассеяния высокомарганцевых сплавов (80— 85% Мп) несколько уменьшается. Кинетика изменения демпфирующей способности сплавов со средним содер­ жанием марганца (40—75% Мп) в процессе старения характеризуется значительным ее ростом в начале это­ го процесса и плавным снижением в его конце. Продол­ жительность старения, соответствующая максимально­ му значению демпфирующей способности, тем меньше, чем выше его температура. Типичные амплитудные за­ висимости относительного рассеяния энергии сплава с 75% Мп после закалки и старения при 400 и 450°С в те­

связи с демпфирующей способностью. Минимумы моду­ ля упругости не совпадают с максимумами демпфирую­ щей способности и сдвинуты по отношению к послед­ ним в сторону меньшей продолжительности старения. Можно лишь говорить о том, что, когда достигается минимум модуля упругости, начинается повышение демпфирующей способности.

Данные (см. рис. 49) по изменению степени тетраго­ нальное™ решетки свидетельствуют о наличии опре­ деленной ее связи с уровнем демпфирования. При степе­ ни тетрагональное™ решетки (сІа) 0,985—0,992 наблю­ дается максимум демпфирования. Уменьшение и уве­ личение степени тетрагональное™ по отношению к этой величине снижает величину демпфирующей спо­ собности. Максимум демпфирования с ростом амплиту­ ды деформации сдвигается в сторону сплавов с мень­ шей с/а. Описанная закономерность находится в пол­ ном согласии с основными положениями изложенной вы­ ше теории высокого демпфирования, согласно которой большое рассеяние энергии упругих колебаний обуслов­ лено обратимой реориентацией (опрокидывания) тетра­ гональное™ в результате действия циклически изменяю­ щихся напряжений, т. е. перемещением границ двойни­ ков при полностью тетрагональной матрице. Максимум рассеяния энергии соответствует такой степени тетраго­

Си с разным содержанием марганца, полученных в ре­ зультате закалки и в результате закалки и последующе­ го старения, показали, что в последнем случае плотность микродвойников оказывается выше, что и приводит к более высокой демпфирующей способности. С этой точ­ ки зрения сплавы с пониженным содержанием марган­ ца (<80% ) должны обладать более высокими харак­ теристиками. Влияние скорости охлаждения от темпера­ тур закалки на амплитуднозависимую демпфирующую способность такое же, как и в слушав демпфирующей способности при малых амплитудах. При уменьшении скорости охлаждения максимум демпфирующей спо­