镁合金阻尼应变振幅相关性及其阻尼失效机制研究

Magnesium alloys have high strength, high stiffness and high damping capacity,which fully consistent with the theme of lightweight, high-speed and low-carbon modern industry, so they play an irreplaceable role in a number of industrial areas.It reveals that the damping capacity of the magnesium alloys depends on the strain amplitude.Meanwhile,the dislocation internal friction mechanism will also change at different strain amplitude.However,the potential impact of the internal friction mechanism changing to the engineering applications is not yet studied.The aim of the project is to study the strain amplitude dependent damping of high damping magnesium alloy under different strain amplitudes and reveals the dislocation motion style and distinguishes its internal friction mechanism within a wide range of strain amplitude.The mobile dislocation viscous internal friction model of high damping magnesium alloy will be established in this project. Based on this model, it will explore the impact of the materials, testing conditions and other factors on the damping capacity of magnesium alloy.We will further reveal damping reliability of high damping magnesium alloy under reciprocating cyclic strain amplitude in order to provide the necessary technical and theoretical support for engineering damping magnesium alloy. The completion of this project is to promote the damping magnesium alloy applications in the field of aviation, aerospace, marine engineering etc., which will produce huge economic and social benefits.

镁合金具有高比强度、高比刚度和高阻尼减振能力，完全符合以轻量化、高速化和低碳为主题的现代工业急需，在多个工业领域将发挥无可替代的作用。镁合金的阻尼减振能力同应变振幅密切相关，表现为在不同应变振幅下具有不同阻尼能力，并且其位错内耗机制也随之发生明显变化，目前这种机制转变对其工程应用有何潜在影响远未得到深入研究。本项目以工程用高阻尼镁合金为研究对象，在宽应变振幅范围内深入研究其阻尼应变振幅相关性，揭示镁合金在不同应变振幅下的位错运动形式并区分其内耗机制，建立高阻尼镁合金可动位错粘滞性内耗模型，并探究材料和测试条件等因素对镁合金阻尼能力的影响，进一步揭示阻尼镁合金在往复循环应变振幅下阻尼可靠性和阻尼失效机制，为工程用阻尼镁合金提供必要的技术和理论支撑，本项目的完成可进一步推动阻尼镁合金在航空、航天、航海等多领域的工程应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。

本项目研究不同工艺方法对镁合金阻尼应变振幅相关性的影响，揭示镁合金在不同应变振幅下的位错运动形式并区分其内耗机制，建立了高阻尼镁合金可动位错粘滞性内耗模型，具体创新性研究结果如下：.（1）以纯镁或高强高阻尼Mg-Zn-Y合金为研究对象，研究了合金化、固溶处理及时效处理工艺方法对合金应变振幅相关阻尼的影响。Mg97Zn1Y2中加入Si、Al、Pb三种元素后，改善了第二相的形貌，晶粒得到一定程度的细化。微量元素的加入在改善镁合金力学性能的同时使其仍具有良好的阻尼性能。.（2）对纯镁进行拉伸变形，引入了孪晶界阻尼机制。与纯镁相比，拉伸变形后纯镁的阻尼性能皆有所提高。且随着拉伸变形量的增大，纯镁的阻尼值呈现先上升后下降的趋势，临界应变振幅值增大。对纯镁进行超声冲击后，发生塑性变形后纯镁的阻尼性能均有所提高。.（3）Mg97Zn1Y2合金在经过热处理之后，其临界应变振幅均高于铸态Mg97Zn1Y2合金；在阻尼应变振幅无关部分，随着时效时间的增加，Mg97Zn1Y2合金的应变振幅无关阻尼值变化不大；应变振幅相关阻尼均有所下降，且随着时效时间的增加，合金的应变振幅相关阻尼值随之下降。.（4）通过对SiC/Mg97Zn1Y2、SiC/Mg94Zn5Y1和多孔Mg97Zn1Y2材料阻尼-应变振幅相关性研究发现，当复合材料处于滞弹性阶段时，可用G-L理论计算出了各种复合材料的C1、C2值。当复合材料处于微塑性变形阶段时，阻尼与应变振幅不再是线性关系，不能用G-L模型来解释，我们引入新的位错阻尼理论成功求解出位错滑移的激活体积大小，并解释了阻尼性能影响因素。.（5）对纯镁及镁合金的阻尼应变振幅相关性分别从滞弹性和微塑性变形进行分析。应变振幅高于εcr2时，纯镁及镁合金处于微塑性变形状态。滞弹性阶段中的阻尼性能可以用G-L位错钉扎模型进行解释。在微塑性变形阶段，采用位错激活体积解释了阻尼性能影响。.（6）采用功效系数法来进行评判镁合金阻尼可靠性及失效机制。功效系数法可以更加直观的显示出每种工艺方法对平衡镁合金力学及阻尼性能的贡献, 解决阻尼镁合金的阻尼下降（失效）问题。