К этим материалам относится большая группа сплавов систем Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Si, In-Тl, Ni-Тi и др. Общим для них является обратимое перемещение когерентных границ мартенситной и исходной материнской фаз при циклическом нагружении в области температур сосуществования обеих фаз. Наибольший интерес для промышленности в настоящее время представляют сплавы систем Cu-Al-Ni. и Ni-Ti.
Алюминиевые бронзы с термоупругим мартенситом содержат 10–13 % Аl и 2–4 % Ni. Наряду с высокой демпфирующей способностью сплавы характеризуются хорошим комплексом механических свойств. Так сплавы с 10–13 % Аl и 3,34 % Ni непосредственно после закалки с 950 °C в воду имели σВ ≈ 440 МН/м2 (450 МПа); σ0,2 ≈ 245 МПа; δ = 4÷5 % при относительном затухании в области повышенных амплитуд около 50 %. После старения при 300 °С, 1 ч временное сопротивление возросло до 780–830 МПа, а предел текучести – до 685–735 MПа при относительно небольшом уменьшении .демпфирующей способности (ψ = 30–35 %).
Рентгеноструктурный анализ и металлографические исследования высоко-демпфирующих алюминиевых бронз показали, что рассеяние энергии происходит за счет двух механизмов – обратимого термоупругогo перемещения межфазовых границ мартенситной и исходной матричной фаз и упругого двойникования в кристаллах мартенситной фазы. Благодаря этому в алюминиевых бронзах температурная область высокого демпфирования ограничивается температурой Мн – температурой начала мартенситного превращения при охлаждении. При температурах ниже Мн демпфирующая способность не уменьшается.
Высокодемпфирующие двойные сплавы Ni–Ti (нитиноли) содержат 46,5–50 % Ti, остальное никель. Подобно марганцевомедным сплавам нитиноли характеризуются высоким демпфированием как при малых (ψ = 5–10 %), так и при значительных амплитудах (ψ = 20–30 %). Область высокого демпфирования нитинолей находится в интервале температур от 10–30 °С до (–100) – (–150) °C. Наряду с высокой демпфирующей способностью нитиноли характеризуются большой коррозионной стойкостью, особенно в морской воде, повышенной прочностью, удовлетворительной твердостью и значительной пластичностью. Например, сплав с 46,5 % Тi после закалки с 800 °С в воде имеет σВ = 870 МПа; σ0,2 = 288 МПа, HRC = 36; δ = 16 %; Е = 83000 МПа.
Сплавы с резко выраженной гетерогенной структурой. К этой группе сплавов относятся чугуны, свинцовистые бронзы и сплавы системы Al–Zn. Эти сплавы характеризуются гетерогенной структурой, состоящей из относительно прочной матрицы и мягких пластичных включений избыточной фазы. При циклическом нагружении основная часть структуры (матрица) испытывает только упругую деформацию, включения же деформируются пластически. Последнее и вызывает в этих сплавах высокое рассеяние энергии.
Чугуны относятся к наиболее распространенным и старым конструкционным материалам высокого демпфирования. Демпфирующая способность чугуна, сравнительно с другими сплавами высокого демпфирования, невелика. Относительное демпфирование при малых амплитудах не превышает 1–2 %, а при значительных – лежит в пределах 2–7 %, причем бóльшим демпфированием будут обладать чугуны с пластинчатым графитом, меньшим – с шаровидным.
Несколько большей демпфирующей способностью (относительное рассеяние энергии при значительных амплитудах 10–15 %) обладают свинцовистые бронзы. Они характеризуются высоким сопротивлением износу, удовлетворительной прочностью, хорошей обрабатываемостью резанием и значительной коррозионной стойкостью. Между демпфирующей способностью и содержанием свинца наблюдается практически линейная зависимость, во всяком случае вплоть до 20 % содержания последнего. При этом можно считать, что каждый процент свинца увеличивает демпфирующую способность примерно на 1 %.
Алюминиево-цинковые сплавы с содержанием 15–20 % Zn характеризуются относительно большим демпфированием, высокой пластичностью и малой прочностью. Пока нашли ограниченное применение для изготовления ненагруженных оконных рам, а также в качестве демпфирующего прокладочного материала вместо более дефицитного цинка.
Рекомендуемая литература
Основная 4 [12-15, 26-28]
Дополнительная 4 [171-204]
Контрольные вопросы
1 Какими причинами обусловлена демпфирующая способность металлов и сплавов?
2 Для каких целей используется релаксационное внутреннее трение?
3 Какие процессы способствуют повышению демпфирующей способности?
4 Для каких целей используется нерелаксационное внутреннее трение?
5 Что называется амплитудно-зависимым внутренним трением?