摘要：采用X射線衍射分析儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析儀（DMA）等分析了固溶/時(shí)效熱處理對(duì)家具設(shè)計(jì)用Mn-Cu合金組織與阻尼性能的影響，得出了較為適宜的熱處理工藝，并探討了顯微組織與阻尼性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明：在相同的應(yīng)變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高于固溶/水冷Mn-Cu合金的阻尼值，且都小于軋制態(tài)Mn-Cu合金的阻尼值；隨著時(shí)效時(shí)間的增加，同一應(yīng)變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì)，在時(shí)效時(shí)間為8h時(shí)獲得的阻尼值最大；因此，Mn-Cu合金經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，并不是時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)阻尼性能越好，Mn-Cu合金適宜的時(shí)效保溫時(shí)間為8h。

　　關(guān)鍵詞：固溶；時(shí)效；Mn-Cu合金；組織；阻尼性能

　　家具設(shè)計(jì)作品的完成需要具有良好綜合性能的一系列材料來(lái)配合，其中，Mn-Cu合金由于具有良好的硬度、剛度、色澤和其它陶瓷、玻璃等不具備的延展性而被廣泛應(yīng)用于家具設(shè)計(jì)中，如電子器件、儀表、鉸鏈、門(mén)把手、門(mén)窗框架或者室內(nèi)裝飾配件等[1]。隨著對(duì)建筑功能化使用要求的提高，多功能綜合性建筑應(yīng)運(yùn)而生，尤其是隨著振動(dòng)和噪聲問(wèn)題的出現(xiàn)，采用對(duì)人們健康有益且能減振降噪的材料成為了科研工作者急需解決的問(wèn)題[2]。本文通過(guò)研究熱處理工藝對(duì)家具設(shè)計(jì)用Mn-Cu合金組織與阻尼性能的影響，有助于揭示阻尼性能與材料顯微組織之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以期為開(kāi)發(fā)出具有較高阻尼性能的室內(nèi)用材提供必要參考。

　　1試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)材料為家具設(shè)計(jì)用

　　Mn-Cu合金.從Mn-Cu合金板材上截取30mm×10mm×2mm的試塊若干，在卡博萊特CWF通用型馬弗爐中進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理。分別進(jìn)行4種熱處理工藝：A：835℃/0.5h爐冷；B：835℃/0.5h水冷；C：835℃/0.5h爐冷+425℃/（4～16h）爐冷；D：835℃/0.5h水冷+425℃/（4～16h）爐冷。將熱處理后的試樣加工成30mm×5mm×1mm阻尼測(cè)試片，用砂紙打磨和清洗吹干備用。不同熱處理制度下的Mn-Cu合金的物相分析采用帕納科AxiosmAX型X射線衍射儀進(jìn)行，掃描速度為2°/min；采用VEGAILMU可變真空鎢燈絲掃描電子顯微鏡觀察不同狀態(tài)下Mn-Cu合金的顯微形貌；應(yīng)變振幅-阻尼性能測(cè)試在Q800動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析儀上進(jìn)行，試驗(yàn)中采用單懸臂梁振幅掃描磨損，頻率為1Hz，溫度為常溫，振幅范圍在0.5～100μm，測(cè)試試樣在室溫下阻尼值隨著振幅的緩慢變化，得出阻尼隨振幅增加的應(yīng)變振幅-阻尼曲線。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1固溶處理對(duì)合金組織的影響

　　（工藝A）和固溶/水冷（工藝B）態(tài)Mn-Cu合金的X射線衍射分析結(jié)果。物相分析結(jié)果表明，對(duì)于軋制態(tài)Mn-Cu合金，合金中都為面心立方結(jié)構(gòu)的單相γ，衍射峰出現(xiàn)在（111）（200）（220）（311）和（222）晶面；經(jīng)過(guò)固溶/爐冷和固溶/水冷處理后，Mn-Cu合金中（222）晶面的衍射峰基本消失，尤其是在固溶/爐冷態(tài)下（222）晶面的衍射峰完全消失。除此之外，固溶/水冷后的Mn-Cu合金的衍射峰，相對(duì)于軋制態(tài)發(fā)生了左側(cè)偏移，這主要與固溶/水冷導(dǎo)致的晶格畸變有關(guān)[3]。對(duì)軋制態(tài)、固溶/爐冷和固溶/水冷態(tài)Mn-Cu合金的顯微形貌進(jìn)行觀察。軋制態(tài)下的Mn-Cu合金發(fā)生了晶粒破碎和部分再結(jié)晶現(xiàn)象，晶粒尺寸分布不均勻，合金中第二相有在軋制過(guò)程中破碎和沿著軋制方向變形的特征；經(jīng)過(guò)固溶/爐冷處理后，合金中主要為單一的亞穩(wěn)γ相，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的晶粒；而經(jīng)過(guò)固溶/水冷后，Mn-Cu合金中可見(jiàn)明顯的細(xì)小六邊形晶粒存在。這主要是由于水冷后Mn-Cu合金的冷卻速度較快，合金晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大所致[4]。因?yàn)楣倘?水冷后的合金的晶粒尺寸較為細(xì)小，合金誘發(fā)馬氏體相變所需要的能量就會(huì)越大，在相同熱處理?xiàng)l件下越不容易形成馬氏體，從而使合金的阻尼性能有所降低[5]。

　　2.2固溶/時(shí)效處理對(duì)合金阻尼性能的影響

　　爐冷和固溶/水冷Mn-Cu合金的阻尼值隨著應(yīng)變振幅的變化曲線。其中，阻尼值用品質(zhì)因子的倒數(shù)Q1表示（無(wú)量綱參數(shù)），應(yīng)變振幅（無(wú)量綱參數(shù)）為一個(gè)應(yīng)變周期中最大應(yīng)變和最小應(yīng)變之差的二分之一。可以看出，無(wú)論是軋制態(tài)還是固溶態(tài)Mn-Cu合金，阻尼值都會(huì)隨著應(yīng)變振幅的增加而逐漸增大。但是相對(duì)而言，在較小的應(yīng)變振幅下，3種狀態(tài)下合金的阻尼值的變化幅度較小。對(duì)比分析可見(jiàn)，在相同的應(yīng)變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高于固溶/水冷Mn-Cu合金，且都小于軋制態(tài)Mn-Cu合金。相對(duì)而言，雖然固溶/爐冷的阻尼性能相對(duì)固溶/水冷更好，但是與軋制態(tài)Mn-Cu合金仍然有一定差距，需要進(jìn)一步通過(guò)時(shí)效熱處理方法加以提高。水冷態(tài)和不同時(shí)間時(shí)效態(tài)Mn-Cu合金的X射線衍射分析結(jié)果。對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然時(shí)效熱處理時(shí)間不同，但是時(shí)效態(tài)合金的物相還都為面心立方結(jié)構(gòu)單相γ，衍射峰出現(xiàn)在（111）（200）（220）（311）和（222）等晶面，與固溶/水冷態(tài)合金的物相種類(lèi)基本相同。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)時(shí)效熱處理后，Mn-Cu合金中沒(méi)有出現(xiàn)新的物相。對(duì)固溶/水冷態(tài)、時(shí)效4h、時(shí)效8h和時(shí)效16h熱處理后的Mn-Cu合金的進(jìn)行掃描電鏡顯微形貌觀察。在固溶/水冷后進(jìn)行時(shí)效熱處理，合金中并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的馬氏體形態(tài)。這可能是由于時(shí)效后的冷卻速度較慢，不具備形成馬氏體的條件。經(jīng)過(guò)時(shí)效熱處理后合金的晶粒尺寸相對(duì)于固溶/水冷態(tài)更大，且隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒尺寸呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，且在時(shí)效時(shí)間為16h時(shí)的合金中出現(xiàn)了局部富Mn（凸起部分）。晶粒尺寸的粗化會(huì)在一定程度上降低晶界密度，從而有助于時(shí)效過(guò)程阻尼性能的降低，但是晶界處富Mn相的產(chǎn)生會(huì)阻礙馬氏體和基體之間的界面運(yùn)動(dòng)，從而降低阻尼性能[6-7]。水冷態(tài)和不同時(shí)間時(shí)效態(tài)Mn-Cu合金的阻尼值隨著應(yīng)變振幅的變化曲線。可以看出，在相同應(yīng)變振幅下，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間時(shí)效處理后的Mn-Cu合金，其阻尼品質(zhì)因子的倒數(shù)Q-1都要高于固溶/水冷態(tài)合金；隨著應(yīng)變振幅的增加，固溶/水冷態(tài)和不同時(shí)效態(tài)Mn-Cu合金的阻尼值Q-1都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)固溶/水冷處理后的Mn-Cu合金的阻尼性能對(duì)應(yīng)變振幅較為敏感。在固溶/水冷制度相同的條件下，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，同一應(yīng)變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現(xiàn)固溶/爐冷固溶/水冷先增加而后降低的趨勢(shì)，在時(shí)效時(shí)間為8h時(shí)取得最大值。綜合而言，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，Mn-Cu合金的阻尼值有所升高，但是并不是時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)阻尼性能越好，而是在中間某一時(shí)效時(shí)間時(shí)取得最大值，本文適宜的時(shí)效時(shí)間為8h。

　　3結(jié)論

　　（1）軋制態(tài)Mn-Cu合金中都為面心立方結(jié)構(gòu)的單相γ，衍射峰出現(xiàn)在（111）（200）（220）（311）和（222）晶面；經(jīng)過(guò)固溶/爐冷和固溶/水冷處理后，Mn-Cu合金中（222）晶面的衍射峰基本消失，尤其是在固溶/爐冷態(tài)下，（222）晶面的衍射峰完全消失。（2）無(wú)論是軋制態(tài)還是固溶態(tài)Mn-Cu合金，阻尼值都會(huì)隨著應(yīng)變振幅的增加而逐漸增大。但是相對(duì)而言，在較小的應(yīng)變振幅下，3種狀態(tài)下合金的阻尼值的變化幅度較小；在相同的應(yīng)變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高于固溶/水冷Mn-Cu合金，且都小于軋制態(tài)Mn-Cu合金。（3）在相同應(yīng)變振幅下，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間時(shí)效處理后的Mn-Cu合金的阻尼值，都要高于固溶/水冷態(tài)合金；隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，同一應(yīng)變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì)，在時(shí)效時(shí)間為8h時(shí)取得最大值。

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