Введение к работе
Актуальность проблеми и цель работы. Борьба с шумами и вибрациями весьма актуальна в современной технике. Одним из наиболее простых и эффективных способов уменьшения шумов и вибраций является применение в изделиях и элементах конструкций сплавов высокого демпфирования (СВД), которые сочетают в собд механические свойства, присущие традиционным конструкционным металлическим материалам, с высоким урозном внутреннего рассеяния энергии упругих колебаний. Ввиду своей актуальности разработка новых сплавов высокого демпфирования включена в Государственную программу "Перспективные материалы".
В настоящее время известно несколько типов СВД : это сплавы с дислокационным механизмом рассеяния энергии, сплавы с магнитомеханическим затуханием,материалы с резко выраженной гетерогеннной структурой, сплавы с термоупругим мартенситным превращением. Наиболее перспективными СВД являются сплавы на основе a-Fe с магнитомеханическим механизмом диссипации энергии упругих колебаний,т.к. при относительно низкой стоимости они демонстрируют высокую демпфирующую способность в широком диапазоне температур и амплитуд внешнего знакопеременного наг-рукения. Кроме того,в СВД этого типа возможна реализация малоизученного состояния с особо высоким уровнем демпфирущей способности, когда ~50% подведенной упругой энергии поглощается материалом за один цикл колебаний. При этом потери энергии имеют в основном гкстврозисный, а не релаксационный характер.
Существукщие модели, описывающие магнитомеханическое затухание в ферромагнетиках, не в состоянии полностью объяснить поведение сплавов с особо высоким уровнем демпфирующей способности. Эти модоли не обладают достаточной предсказательной силой, поэтому в настоящее время разработано крайне ограниченное число ферромагнитных сплавов со столь высокой демпфирующей способностью. Для научно обоснованного поиска сплавов с нужными Физическими свойствами необходимо развитие представлений о связи структуры со свойствами, что возможно лишь при наличии достоверных и достаточно подробных сведений о тонкой кристаллической и, особенно, магнитной структуре сплавов с высоким уровнем мапмтомеханического затухания.
В соответствии со сказанным можно сформулирвать
- ? -
цель настоя". ~ у-.'оти: "Выявление основных закономерностей изменения тонкой кристаллической и магнитной структур, а также аномалий неупругих свойств в сплавах на основе а - Ре с повышенным уровнем малштомеханичесхого затухания, построение на этой основе структурного механизма формирования высоко-демпфирующего состояния и разработка путей создания новых СВД, отличающихся оптимальным сочетанием демпфирующих, механических и специальных физических свойств материала ".
Подобная цель может быть*" достигнута только за счет сочетания детальных кристалло - и магнитоструктурных исследований и сопоставления данных о структуре со свойствами широкого круга сплавов на основе a-Fe. Для достижения вышеуказанной цели решались следующие конкретные задачи :
на одних и тех же материалах и в сопоставимых условиях провести комплексное исследование магнитных и структурных параметров , которые могли бы быть ответственны за формирование высокодемпфирующего состояния в сплавах на основе системы Fe - Сг :
предпринять попытку расширить круг известных СВД, для чего провести комплексное исследование особенностей тонкой кристаллической и магнитной структур, .а также неупругих свойств a-твердых растворов на основе системы Fe-Al ;
выявить структурный механизм формирования высокодемпфирующего состояния в ферромагнитных сплавах на основе a-Fe;
разработать способы управления комплексом физико -механических свойств СВД на основе систем Ре-Сг и Fe-Al путем их целенаправленного легирования и термообработки.
Научная новизна . В работе :
Впервые проведено комплексное исследование особенностей тонкой кристаллической и магнитной структуры сплавов высокого демпфирования с привлечением широкого круга структурных и магнитных методов и прямого нейтронооптического метода исследования параметров доменной структуры материала.
Впервые установлено, что концентрационная зависимость демпфирующей способности сплавов системы Fe-Al представляет собой кривую с явно выраженным максимумом в области С^ ~ 5.5 мас.% , причем на виде кривой слабо сказывается изменение технологии выплавки материала и режима его термообработки.
Впервые обнаружено наличие особо высокого уровня рас-
сеяния энергии упругих колебаний (величина логарифмического декремента колебаний Ь > 30 % ) в сплавах системы Fe-Al в области концентрации СЛ1~ 4-8 мае*.
Впервые экспериментально показало, что тип магнитной доменной структуры в объеме ферромагнитных СВД сильно зависит от скорости их охлаждения при термообработке.
Впервые обнаружена корреляция между демпфирующей способностью сплавов на основе a-Fe и средним размером магнитного домена в них.
Впервые показано, что для перехода ферромагнетика на основе a-Fe в внеокодемпфирувдев состояние с Ь>25% требуется одновременное выполнение двух условий. Первое - должна быть сформирована специфическая мелкодисперсная доменная структура с повышенной плотностью подвижных 90-границ магнитных доменов и второе - в сплаве в ходе фазового превращения должна быть реализована структура, обеспечивающая оптимальные (не слишком малые) значения коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание.
Практическая ценность работы заключается в том, что в ней созданы физические основы для разработки новых сплавов высокого демпфирования на основе a-Fe и для определения оптимальных температурно-временных режимов их обработки, на основании чего били разработаны и опробованы в промышленных условиях два сложнолегированных сплава на основе систем Fe-Cr и Fe-Al , составы которых защищены патентами РФ.
На защиту выносятся следующие основные положения :
1. Наличие особо высокого уровня рассеяния энергии упругих
колебаний в сплавах системы Fe-Al и точный вид концентрацион
ной зависимости демпфирующей способности сплавов системы Fe-Al.
2. Связь формирования высокодемпфирующего состояния
материала с особенностями его тоникой кристаллической
структуры : в сплавах на основе системы Fe-Cr - с протеканием
началышх стадий расслоения на два изоморфных твердых
раствора, а в сплавах Fe-Al - с появлением областей ближнего
порядка сверхструктуры D03 .
3. Прямая связь между величиной демпфирующей способности и
характером магнитной доменной структуры, заключающаяся в по
давлении демпфирующей способности при формировании доменной
структуры с преимущественно 180-градусными соседствами маг
нитных доменов и резкий рост демпфирующей способности при
формировании магнитной .nowиной структуры , обличающейся по-ь:."">'';шоЯ доле" 1м - стенок магнитных доменов.
4. Наличие корреляции между демпфирующей способностью и
средним размером магнитного домена , а также величиной
коэрцитивной силы сплавов системы Fe - Сг.
-
Составы сплавов на основе системы Fe-Cr с Cqt ~15—1Т %, легированные Al, Mo, Nb и ТІ, наиболее перспективны для разработки коррозионностойких СВД.
-
Составы сплавов системы Fe - А1 с содержанием А1 ~5-7Ж, дополнительно легированные Mn.Sl и ТІ, наиболее перспективны для производства экономичных СВД.
Апробация работы . Основные результаты работы доложены и обсуждены на :
Всесоюзном семинаре " Применение демпфир^л^и-материалов в машиностроении ". ( г. Ижевск , 1989 г. ).
Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов " Фазовые превращения - 90 ". (г. Руза , 1990 г. )
VI-й республиканской конференции " Демпфирующие металлические материалы ". ( г. Киров , 1991 г. )
Всесоюзном совещании по проблемам взаимодействия
структуры со свойствами реальных твердых тел.(г. Тула, 1991г.)
- Шадународной конференции "International School and
Symposium on Physics in Materials Science using Nuclear and
.'c-plementary Methods" ( Jaszcovlec / Warsaw , Poland ,1993 )
Публикации. По теме работы опубликовано 9 печатных
.'-от , включающих 2 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из
'"^іония, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения.
"i^v диссертации составляет 119 страниц машинописного текста,
"6 рисунков, 12 таблиц и библиографию из 153 наименований.