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Fe-Cr基铁磁型阻尼合金具有较高的耐蚀性能和良好的力学性能,在低于350℃具有良好的阻尼性能,作为一种减振降噪的结构材料在许多工程上得到了应用。本文以Fe-13Cr-2.5Mo(wt.％)阻尼合金为研究对象,采用比特技术研究了磁畴结构与合金阻尼性能之间的关系,采用动态力学分析仪(DMA)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)等系统地研究了热处理和合金元素(Nb、Ti、Cu)对合金阻尼性能的影响,并对DMA三点弯曲测量铁磁合金阻尼性能的可行性进行了研究。同时考察了合金元素对合金耐蚀性能及力学性能的影响。
磁畴结构的观察结果表明:热处理可以明显改变合金的磁畴结构,从而影响合金的阻尼性能。合金经1100℃×1h炉冷(FC)和空冷(AC)后,发现其具有相同的微观结构,但阻尼性能差别较大,其因为在于两种状态合金具有不同的磁畴结构。在FC合金内观察到许多“树枝状”磁畴花纹,这种畴结构的90℃畴壁含量较高,对应合金的阻尼性能好；AC合金中主要是封闭畴和楔形畴,这两种畴结构的90℃畴壁的含量很低,而且可动性差,会明显降低合金的阻尼性能。
退火温度对合金的显微结构影响很大,高的退火温度会使合金在晶界、晶内析出较多的碳化物,这些碳化物会降低磁畴壁的可移动性,对合金的阻尼性能不利。合适的热处理制度不仅可以有效地消除内应力、减少碳化物的析出,同时还能获得对阻尼性能有利的磁畴结构,本文获得Fe-13Cr-2.5Mo合金高阻尼性能的最佳热处理制度是:1100℃×1h,FC。
在Fe-13Cr-2.5Mo合金内分别添加1％Nb、1％Ti、0.5％Cu(质量分数)。DMA阻尼测试结果表明:添加Nb的合金阻尼性能最低,Ti、Cu明显提高了合金的阻尼性能。Nb使合金在晶内、晶界形成了大量碳化物(Nb,Mo)C,这些析出相会阻碍磁畴壁的运动,严重降低合金的阻尼性能。加入Ti、Cu后合金晶界处碳化物数量明显减少,析出相主要以MC型碳化物为主,能有效抑制富铬M23C6相的析出,对提高合金的阻尼性能和耐蚀性能均有利。
利用Smith-Birchak(S-B)模型分析了DMA三点弯曲测量铁磁合金阻尼性能的可行性。结果表明:三点弯曲测得的阻尼-应变振幅曲线在低应变振幅区域与S-B模型曲线吻合的很好,分析得到的平均内应力和饱和磁致伸缩系数都是合理的,这表明测试结果是准确可靠的,采用DMA三点弯曲测量铁磁合金阻尼性能是可行的。由于合金中除了铁磁机械阻尼外,还存在位错阻尼机制对合金阻尼性能的贡献,当应变振幅增大后位错会开动、弓出产生位错阻尼,所以在高应变振幅区域三点弯曲测得的结果高于S-B模型曲线。静载压应力会使合金磁畴壁发生移动,对三点弯曲测量结果影响很大。采用三点弯曲对Fe-13Cr-2.5Mo基合金的阻尼性能进行测试,结果表明添加Cu的合金阻尼性能最好(最高可达0.053)。
腐蚀实验结果表明:Nb、Ti或Cu都能提高Fe-13Cr-2.5Mo合金的耐蚀性能,其中添加Ti的合金耐蚀性能最好,其耐蚀性与304不锈钢相当。拉伸实验结果表明:Ti、Cu都能一定程度地提高合金的力学性能,而Nb虽然提高了合金的抗拉强度,但严重降低了合金的延伸率和断面收缩率(分别降低了23％、73％)。