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固体中的点缺陷如果能构成弹性偶极子,则点缺陷能引起滞弹性弛豫。弹性偶极子是使晶格产生各向异性局部变形的原子缺陷。在弹性应力作用下,偶极子发生热激活重排,表现出力学损耗峰。典型的例子是间隙原子在体心立方金属(或合金)中的Snoek(或Snoek-type)弛豫。
本文以含氧的β Ti合金为主要研究对象,研究了点缺陷的分布,以及合金元素的种类和浓度对Snoek-type弛豫的影响,并研究了含氧的β Ti合金的偶极子形状因子的影响因素。以动态力学分析为主要实验手段,测量材料的阻尼性能。具体的研究结果如下:
研究了经过表面氧化处理的Ti-15wt％Mo和Ti-40 wt%Mo合金中氧的Snoek弛豫行为。经过表面氧化处理的样品的阻尼能力更高,峰温更高,阻尼峰更宽。采用电子背散射衍射技术分析计算双相区的元素分布,并采用硬度测量分析计算硬度分布。用一维扩散模型计算氧固溶区的深度及氧在合金中的分布。研究表明Ti-40 wt%Mo合金的阻尼受氧浓度的影响远小于Ti-15wt%Mo合金的阻尼受氧浓度的影响。基于混合法则分析了氧固溶区的阻尼对合金整体的阻尼的贡献,知道氧固溶区的阻尼对合金的阻尼的贡献有助于阻尼材料的设计。
研究了Fe对Ti-15 wt%Mo合金中的氧扩散以及氧的Snoek-type弛豫的影响。表面氧化处理使阻尼性能比未处理时得到增加。氧扩散区的相对阻尼值与氧扩散区的深度成正比例关系。另一方面,Fe加入Ti-15 wt%Mo合金中,增大了氧扩散深度和氧的浓度,通过影响氧的分布而增加了合金的阻尼性能。
研究了Ti-24Nb-2X-1.70(X=Al,Sn,Cr,Mn,Fe)三元合金中合金元素对氧的Snoek-type弛豫的影响。通过阻尼峰计算出各合金的偶极子形状因子(δλ)。偶极子形状因子随晶格常数的降低而增加,随价电子浓度(e/a)的降低而增加,且在价电子浓度接近4.24时达到最大值。因此,可以通过降低β-Ti合金的晶格常数和价电子浓度来增大偶极子形状因子和设计高阻尼的Ti合金材料。