傢俱設計用Mn-Cu合金組織的影響論文

摘要：採用X射線衍射分析儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動態機械熱分析儀（DMA）等分析了固溶/時效熱處理對傢俱設計用Mn-Cu合金組織與阻尼性能的影響，得出了較爲適宜的熱處理工藝，並探討了顯微組織與阻尼性能之間的關係。結果表明：在相同的應變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高於固溶/水冷Mn-Cu合金的阻尼值，且都小於軋製態Mn-Cu合金的阻尼值；隨着時效時間的增加，同一應變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現先增加而後降低的趨勢，在時效時間爲8h時獲得的阻尼值最大；因此，Mn-Cu合金經過時效處理後，並不是時效時間越長阻尼性能越好，Mn-Cu合金適宜的時效保溫時間爲8h。

關鍵詞：固溶；時效；Mn-Cu合金；組織；阻尼性能

傢俱設計作品的完成需要具有良好綜合性能的一系列材料來配合，其中，Mn-Cu合金由於具有良好的硬度、剛度、色澤和其它陶瓷、玻璃等不具備的延展性而被廣泛應用於傢俱設計中，如電子器件、儀表、鉸鏈、門把手、門窗框架或者室內裝飾配件等[1]。隨着對建築功能化使用要求的提高，多功能綜合性建築應運而生，尤其是隨着振動和噪聲問題的出現，採用對人們健康有益且能減振降噪的材料成爲了科研工作者急需解決的問題[2]。本文透過研究熱處理工藝對傢俱設計用Mn-Cu合金組織與阻尼性能的影響，有助於揭示阻尼性能與材料顯微組織之間的對應關係，以期爲開發出具有較高阻尼性能的室內用材提供必要參考。

1試驗材料與方法試驗材料爲傢俱設計用

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通用型馬弗爐中進行固溶和時效熱處理。分別進行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。將熱處理後的試樣加工成30mm×5mm×1mm阻尼測試片，用砂紙打磨和清洗吹乾備用。不同熱處理制度下的Mn-Cu合金的物相分析採用帕納科AxiosmAX型X射線衍射儀進行，掃描速度爲2°/min；採用VEGAILMU可變真空鎢燈絲掃描電子顯微鏡觀察不同狀態下Mn-Cu合金的顯微形貌；應變振幅-阻尼性能測試在Q800動態機械熱分析儀上進行，試驗中採用單懸臂樑振幅掃描磨損，頻率爲1Hz，溫度爲常溫，振幅範圍在0.5～100μm，測試試樣在室溫下阻尼值隨着振幅的緩慢變化，得出阻尼隨振幅增加的應變振幅-阻尼曲線。

2結果與分析

2.1固溶處理對合金組織的影響

（工藝A）和固溶/水冷（工藝B）態Mn-Cu合金的X射線衍射分析結果。物相分析結果表明，對於軋製態Mn-Cu合金，合金中都爲面心立方結構的單相γ，衍射峯出現在（111）（200）（220）（311）和（222）晶面；經過固溶/爐冷和固溶/水冷處理後，Mn-Cu合金中（222）晶面的衍射峯基本消失，尤其是在固溶/爐冷態下（222）晶面的衍射峯完全消失。除此之外，固溶/水冷後的Mn-Cu合金的衍射峯，相對於軋製態發生了左側偏移，這主要與固溶/水冷導致的晶格畸變有關[3]。對軋製態、固溶/爐冷和固溶/水冷態Mn-Cu合金的顯微形貌進行觀察。軋製態下的Mn-Cu合金發生了晶粒破碎和部分再結晶現象，晶粒尺寸分佈不均勻，合金中第二相有在軋製過程中破碎和沿着軋製方向變形的特徵；經過固溶/爐冷處理後，合金中主要爲單一的亞穩γ相，沒有發現明顯的晶粒；而經過固溶/水冷後，Mn-Cu合金中可見明顯的細小六邊形晶粒存在。這主要是由於水冷後Mn-Cu合金的冷卻速度較快，合金晶粒來不及長大所致[4]。因爲固溶/水冷後的合金的晶粒尺寸較爲細小，合金誘發馬氏體相變所需要的能量就會越大，在相同熱處理條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/時效處理對合金阻尼性能的影響

爐冷和固溶/水冷Mn-Cu合金的阻尼值隨着應變振幅的變化曲線。其中，阻尼值用品質因子的倒數Q1表示（無量綱參數），應變振幅（無量綱參數）爲一個應變週期中最大應變和最小應變之差的二分之一。可以看出，無論是軋製態還是固溶態Mn-Cu合金，阻尼值都會隨着應變振幅的增加而逐漸增大。但是相對而言，在較小的應變振幅下，3種狀態下合金的阻尼值的變化幅度較小。對比分析可見，在相同的應變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高於固溶/水冷Mn-Cu合金，且都小於軋製態Mn-Cu合金。相對而言，雖然固溶/爐冷的阻尼性能相對固溶/水冷更好，但是與軋製態Mn-Cu合金仍然有一定差距，需要進一步透過時效熱處理方法加以提高。水冷態和不同時間時效態Mn-Cu合金的X射線衍射分析結果。對比分析可以發現，雖然時效熱處理時間不同，但是時效態合金的物相還都爲面心立方結構單相γ，衍射峯出現在（111）（200）（220）（311）和（222）等晶面，與固溶/水冷態合金的物相種類基本相同。由此可見，經過時效熱處理後，Mn-Cu合金中沒有出現新的物相。對固溶/水冷態、時效4h、時效8h和時效16h熱處理後的Mn-Cu合金的進行掃描電鏡顯微形貌觀察。在固溶/水冷後進行時效熱處理，合金中並沒有出現明顯的馬氏體形態。這可能是由於時效後的冷卻速度較慢，不具備形成馬氏體的條件。經過時效熱處理後合金的晶粒尺寸相對於固溶/水冷態更大，且隨着時效時間的延長，晶粒尺寸呈現逐漸增加的趨勢，且在時效時間爲16h時的合金中出現了局部富Mn（凸起部分）。晶粒尺寸的粗化會在一定程度上降低晶界密度，從而有助於時效過程阻尼性能的降低，但是晶界處富Mn相的產生會阻礙馬氏體和基體之間的介面運動，從而降低阻尼性能[6-7]。水冷態和不同時間時效態Mn-Cu合金的阻尼值隨着應變振幅的變化曲線。可以看出，在相同應變振幅下，經過不同時間時效處理後的Mn-Cu合金，其阻尼品質因子的倒數Q-1都要高於固溶/水冷態合金；隨着應變振幅的增加，固溶/水冷態和不同時效態Mn-Cu合金的阻尼值Q-1都呈現逐漸上升的`趨勢。由此可見，經過固溶/水冷處理後的Mn-Cu合金的阻尼性能對應變振幅較爲敏感。在固溶/水冷制度相同的條件下，隨着時效時間的延長，同一應變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現固溶/爐冷固溶/水冷先增加而後降低的趨勢，在時效時間爲8h時取得最大值。綜合而言，經過時效處理後，Mn-Cu合金的阻尼值有所升高，但是並不是時效時間越長阻尼性能越好，而是在中間某一時效時間時取得最大值，本文適宜的時效時間爲8h。

3結論

（1）軋製態Mn-Cu合金中都爲面心立方結構的單相γ，衍射峯出現在（111）（200）（220）（311）和（222）晶面；經過固溶/爐冷和固溶/水冷處理後，Mn-Cu合金中（222）晶面的衍射峯基本消失，尤其是在固溶/爐冷態下，（222）晶面的衍射峯完全消失。（2）無論是軋製態還是固溶態Mn-Cu合金，阻尼值都會隨着應變振幅的增加而逐漸增大。但是相對而言，在較小的應變振幅下，3種狀態下合金的阻尼值的變化幅度較小；在相同的應變振幅下，固溶/爐冷Mn-Cu合金的阻尼值要高於固溶/水冷Mn-Cu合金，且都小於軋製態Mn-Cu合金。（3）在相同應變振幅下，經過不同時間時效處理後的Mn-Cu合金的阻尼值，都要高於固溶/水冷態合金；隨着時效時間的延長，同一應變振幅下的Mn-Cu合金的阻尼值呈現先增加而後降低的趨勢，在時效時間爲8h時取得最大值。

參考文獻:

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