V含量及退火工艺对Fe-Cr-Mo-V合金阻尼性能的影响

摘要

Fe-Cr-Mo阻尼合金是工程领域中受到广泛关注的一种金属功能材料，对抑制机械系统的振动与噪声具有重要作用。已有的研究表明，V对Fe基合金的铁磁性具有重要影响，但V在Fe-Cr基阻尼合金方面的报道很少。本文制备了四种具有不同V含量(0，0.05，0.1和0.2，wt.%)的Fe-16Cr-2.5Mo阻尼合金，研究了它们的磁畴结构、磁致伸缩、阻尼性能及力学性能，分析了退火工艺对合金显微组织和阻尼性能的影响机理。研究表明：　　微量V的添加不仅使合金获得固溶强化的效果，还细化了合金的晶粒。当V含量为0.2wt.%时，1000℃退火1h后合金的平均晶粒尺寸仅为98μm。由于固溶强化和细晶强化，含V合金的显微硬度、屈服强度和抗拉强度都随V含量的增加而逐渐提高。另外，延伸率和冲击韧性也有不同程度的上升，其断裂方式为微孔聚集型断裂，属于韧性断裂。　　V的添加使Fe-16Cr-2.5Mo基合金发生晶格畸变，导致磁学性能的变化。其一是使合金具有更高的饱和磁化强度Ms和最大磁化率χmax。Ms的增大意味着合金原子平均磁矩增大，自旋轨道耦合增强。χmax的增大表明磁矩可以更容易向外加磁场方向旋转。其二是，剩余磁化强度Mr和矫顽力Hc随着V浓度的增加而降低，表明合金中阻碍磁畴壁移动的能垒降低。另外，随着V的添加，合金磁畴中90°磁畴明显增多，而在0.05V合金中出现了楔形畴。　　在阻尼性能方面，我们发现，V的添加使Fe-16Cr-2.5Mo基合金出现体积磁致伸缩现象，表现为晶胞在外场条件下的体积收缩。我们的实验证明，合金的磁机械阻尼同样取决于饱和体积磁致伸缩系数的绝对值。而在退火工艺方面，随退火温度(800~1100℃)的升高，以及退火时间(0.25~4h)的延长，四种合金的阻尼性能先升高后降低，在900~1000℃退火1h可以获得较好的阻尼性能。其中，0.2V合金的阻尼性能最好，Q-1max达到了0.038。

目录

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第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 铁磁性阻尼合金的阻尼机制

1.3 铁磁性阻尼合金阻尼性能的影响因素

1.3.1 材料组织因素

1.3.2 加载环境因素

1.4 合金化对铁磁性阻尼合金的影响

1.5 选题意义、研究内容及技术路线

第2章 实验材料及方法

2.1 材料制备及热处理工艺

2.1.1 合金熔炼及试样制备

2.1.2 热处理工艺

2.2 材料性能测试

2.2.1 阻尼性能测试

2.2.2 硬度测试

2.2.3 拉伸试验

2.2.4 冲击试验

2.2.5 磁性能测试

2.3 微观分析

2.3.1 金相组织

2.3.2 磁畴结构

2.3.3 断口形貌

2.3.4 XRD分析

第3章 V含量对Fe-Cr-Mo-V合金磁性能的影响

3.1 引言

32 实验结果

3.2.1 磁化曲线

3.2.2 磁滞回线

3.2.3 磁致伸缩特性

3.2.4 磁畴结构

3.3 分析和讨论

3.3.1 钒对Fe-Cr-Mo-V合金磁性的影响

3.3.2 钒对Fe-Cr-Mo-V合金磁致伸缩行为的影响

3.4 小结

第4章 V含量对Fe-Cr-Mo-V合金阻尼性能的影响

4.1 引言

4.2 实验结果

4.2.1 金相组织

4.2.2 阻尼性能

4.3分析和讨论

4.3.1 退火温度对Fe-Cr-Mo-V合金阻尼性能的影响

4.3.2 退火时间对Fe-Cr-Mo-V合金阻尼性能的影响

4.3.3 钒的添加对磁机械滞后阻尼的影响

4.4小结

第5章 V含量对Fe-Cr-Mo-V合金机械性能的影响

5.1 引言

5.2 实验结果

5.2.1 硬度

5.2.2 拉伸性能

5.2.3 冲击韧性

5.2.3 断口形貌

5.3 分析和讨论

5.3.1 V的细晶强化机制对合金机械性能的影响

5.3.2 V的固溶强化机制对合金机械性能的影响

5.4 小结

结论

展望

致谢

参考文献