退火态Fe-16Cr-2.5Mo阻尼合金磁致伸缩特性与阻尼性能的关系分析

　　随着工业科技的高速发展，各种机械的功率、转速不断增加，造成的振动及有害噪声也随之增长。严重的振动导致材料过早的因疲劳而失效，已危及机械部件的寿命和可靠性。减振的有效措施之一是采用高阻尼材料抑制振动发生。Fe-Cr基合金因具有较高的阻尼性能、良好的耐腐蚀性及力学性能而受到众多研究者的关注[1-3]。人们普遍认为磁机械效应是这类合金产生阻尼的关键。而磁致伸缩现象是这种磁机械交换作用的具体表现形式。王卫国[4]等研究了铁磁合金中的磁弹转换，他们通过试验和分析认为，铁磁合金中畴壁不可逆移动造成的单位体积弹性振动能的耗散在数值上等于畴壁能密度，而畴壁能密度又与饱和磁致伸缩系数λs密切相关，即铁磁合金中磁性能和弹性能之间的转换是通过磁致伸缩λs来实现的，但并没有进一步讨论磁致伸缩λs与阻尼性能之间的关系。李宁[5]等研究了Fe-Cr合金在不同热处理状态下的阻尼性能与磁畴形态的关系，但缺少对磁致伸缩与阻尼的研究。Karimi[6]通过Smith-Birchak 理论模型计算了Fe-Cr合金的饱和磁致伸缩系数。然而这些研究都缺乏对磁致伸缩相关的试验证据，尤其是磁致伸缩与磁机械滞后阻尼之间的关系亟待深入。因此，通过试验分析Fe-Cr合金的磁致伸缩特性对揭示其中的磁机械交换作用的物理本质和改进合金阻尼性能有着重要的意义。本文将采用改进的迈克尔逊干涉仪来测试不同热处理工艺下Fe-16Cr-2.5Mo合金的磁致伸缩特性，并讨论其与阻尼性能的关系。

　　1 试验材料与方法

　　试验以工业纯铁、铬、钼铁为原料采用国产ZG-25型中频真空感应电炉熔炼制得Fe-16Cr-2.5Mo合金。铸锭经1150℃×10h扩散退火后进行高温锻造，变形量为60%～70%，然后将锻造后的合金试样线切割成200mm×10mm×1mm 的片状样品。为消除锻造对组织的影响，对试样进行盐浴加热，其温度范围为800～1100℃ ，保温时间为1h，随后取出试样空冷。金相试样经砂纸粗磨+细磨后再经机械抛光，采用4g苦味酸+100mL乙醇+20mL盐酸进行表面侵蚀，在OLYMPUS显微镜上进行金相观察。采用ipp6.0软件计算不同退火温度下试样的平均晶粒尺寸。

　　根据GB/T 18258—2000《阻尼材料阻尼测试方法》，采用悬臂梁共振法对热处理试样进行阻尼性能测试，测试装置示意图如图1所示。根据标准GB/T18258—2000，测试试样采用矩形条状试样。测试时，先将试样的一端用夹具刚性固定，另一端自由，自由端的尺寸为140mm×10mm×1mm，使试样保持垂直。将传感器粘贴在试样上距上部固定端约1/3长处，使用力锤激振器对试样进行激振，通过传感器和动态信号检测器记录梁的响应情况，根据所测的频响曲线得出其共振频率及半带宽，代入公式即可计算出材料的损耗因子，其公式为: