减振合金是利用合金内部所具有的大的内耗值,对机械或装置等的振动及噪声起控制作用,从而达到减振降噪的目的。这种材料也称为高
阻尼材料。振动和噪声污染是当前三大公害之一,而振动与噪声主要来源于交通运输和工业生产中各种机械部件间的撞击声,
摩擦声以及由于振动而引起的气流噪声。治理机械噪声可以从没计上使物件避免共振,或采用附加的隔音装置等措施。但这势必导致机械的体积扩大,重量增加,成本提高。因此,减振降噪的最有效方法是利用金属基的高阻尼材料,即减振合金。
复合型减振合金不是靠金属本身的阻尼能力,而是把金属板与滞弹性物质(高分子材料)以某种方式组合起来,制成
复合钢板。振动时通过钢板与滞弹性材料界面上振动应力的弛豫或滞弹性材料的变形吸收振动能,从而发挥其阻尼功能。按组合方式又可分为束缚型和非束缚型两种。合金型减振合金是依靠合金本身发挥其阻尼减振功能。这类材料按阻尼机制不同可分为复相型、铁磁型、孪晶型、位错型4种。
铸铁吸收振动能的特性很好,它对振动的衰减系数是钢的6~10倍,大部分用于曲轴、凸轮等的制造。铸铁具有较大的衰减系数主要是由于铸铁内有石墨的存在,引起内耗增大的结果。也就是说,石墨在振动能的作用下,经受反复的塑性变形,通过这一过程,将振动的能量转变成摩擦热而消耗掉,铸铁中的石墨含量越多,则衰减系数越大。这种利用第二相的防振合金类型,称为复合型。
复合型减振合金的
阻尼能力与
频率有关。故应尽量使获得最大阻尼能力时的频率与使用对象的频率相符合。复合型减振合金是由钢板与滞弹性物质复合而成,滞弹性物质随温度从
玻璃态-橡胶态-流动态变化,此过程可使切变模量G和损失系数η发生很大变化。在某一温度范围,η可达极大值,此温度范围即为该材料的使用温度范围。
12%铬钢也具有良好的防振特性,这种钢和一般的铁一样是铁磁体,其磁致伸缩大,一旦得到外界的振动能,便出现磁畴移动和旋转,可把部分振动能量消耗掉,使振动和
噪音迅速衰减,因此称为铁磁性型减振材料。铁磁性型减振合金的阻尼效果与应变振幅有着强烈的依赖关系。对于铁
磁性材料在
机械振动时存在着附加的磁损耗。它是由宏观涡流、微观涡流和磁-机械静滞后3种损耗所组成。第3种损耗占主要部分,它是由于合金在交变应力作用下,合金内部的
磁畴壁发生不可逆移动,形成磁-机械静滞后作用,在应力-应变曲线下出现滞后回线,造成能量的耗散,从而形成对振动的衰减阻尼作用。这种能量的衰减强烈地依赖于应变振幅,随着应变振幅的增大,内耗可大幅度地得到提高。
在Mg(高纯度Mg本身就是一种位错型减振材料)中加入6%Zr的KIXI合金,是由于位错和夹杂物原子之间的相互作用而吸收振动能量的,称为位错型材料。它是为了保护控制盘和
陀螺罗盘等精密仪器免受导弹发射时的激烈冲击而专门研制的。
位错型减振合金的特点是比强度高,比重轻,能承受较大的冲击载荷,对油、苯、碱类的耐蚀性好,因此它适用于航空仪器仪表中。
锰铜合金是很有名气的减振材料。其
阻尼材料的使用温度由
马氏体相变温度决定。如Mn-Cu系孪晶高阻尼合金,含Mn量越高,
马氏体转变温度就越高。
由此可知,Mn-Cu系合金的使用温度受Mn含量的强烈限制,使用温度一般低于80℃,但含Mn量越高使合金的加工性能越差。锰铜合金的内耗受应变振幅影响,加大应变振幅,可提高内耗值。经长期时效后内耗随时间而减小,即时问稳定性差。在Mn-Cu合金中、加入Al可提高合金耐海水的腐蚀的性能。因此Mn-Cu减振合金可用于螺旋桨等海洋设备上。关于减振合金的开发和研究可分两方面:一方面是对现有材料的改进,另一方面是研制阻尼、物理及机械综合性能优异的减振合金。如减振合金应具有价格便宜,使用方便,不用热处理,加工性好等优点。用于结构材料则应具有高的强度和良好的韧性。总之,随着减振合金应用领域的不断扩大,其发展前景是很可观的。