Pb元素以及热处理工艺对Mn-Cu阻尼合金的组织与性能影响

作     者：韩仁恒 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁明惠

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：Mn-Cu-Pb阻尼合金 调幅分解 力学性能 耐腐蚀性能 阻尼性能 

摘      要：Mn-Cu阻尼合金具有优良的阻尼性能,并同时拥有良好的力学性能、经济、安全等优势,已广泛的应用与现代社会中。根据实际需要,已做了针对阻尼合金的组织与力学性能、耐腐蚀性能以及阻尼性能的优化,但缺乏对复合阻尼机制的研究。本文通过引入Pb元素,开发出了一种Mn-Cu-Pb合金系的阻尼合金。探讨Pb元素梯度与热处理工艺制度对Mn-Cu-Pb合金的组织形貌、力学性能、相变机制、耐腐蚀性能以及阻尼性能的影响。对Mn-Cu-Pb合金的显微组织、相变机制与力学性能的研究表明,Pb元素的引入会在合金中形成偏晶组织,其数量其尺寸大小会随着Pb元素含量的增加而不断增加。MnCu-Pb合金在铸态组织下的物相均为γ-Mn与Pb相,热处理工艺使得Mn-Cu-Pb合金发生马氏体转变,产生分峰现象。并且Pb元素含量的增高仅在合金中产生Pb的物相,并不会对合金的晶格畸变度产生显著改变。Pb元素的引入对Mn-Cu-Pb合金的硬度、抗拉强度与延伸率起到了显著降低的作用。当加入的Pb元素的含量质量分数超过15 wt.%时,材料的脆性的转变显著,合金的力学性能会显著下降。Pb元素在NaCl介质中发生反应形成保护性的氢氧化铅,在表面生产Mn以及Pb元素的腐蚀产物阻碍了基体表面的脱落。随着Pb元素含量的不断增加,Mn-Cu-Pb合金的腐蚀性能呈现先增高后降低的趋势,并且拐点出现在质量分数为10 wt.%时。热处理工艺会促进Mn-Cu-Pb合金中Mn元素的偏聚,从而加快腐蚀反应速率,降低合金的耐腐蚀性能。经过有限元模拟的结果表明了Mn-Cu-Pb合金的阻尼性能较好。热处理工艺促使Pb在Mn-Cu合金中分布更为均匀,保温时间的增加会使得Mn枝晶发生贫化效应,使得Mn-Cu-Pb合金的阻尼性能有了一定程度的减弱。此外当加入Pb元素含量其质量分数超过15 wt.%这一阈值时,会使得Mn-Cu-Pb合金的相变机制完全失效。Mn-Cu-Pb合金随着保温时间的增加,阻尼性能会有较大的提升,其提升程度受到Pb元素含量的增加而减小。频率的改变不会影响Mn-Cu-Pb合金内耗曲线随温度的变化规律,但是阻尼性能随着频率的提升有了一定程度的减小。