方 明，錢亞鋒，吳 洋

（國家鎂及鎂合金產品質量監(jiān)督檢驗中心，河南 鶴壁 458030）

隨著工業(yè)和交通業(yè)的日新月異的發(fā)展，設備的運轉速度越來越高，振動和噪聲是設備運行和維護的三大公害之一。振動影響了設備的質量，縮短機械零件的壽命，降低了精度和可靠性，而阻尼材料的開發(fā)和應用是減震降噪的措施之一[1]?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展是以零件設計的輕量化、高強度化為特點。鎂及鎂合金是目前應用最輕的結構材料，而且還具有高比強度、高彈性模量的優(yōu)異性能，最重要的是鎂合金的高阻尼減震性是其他材料所不具備的特點。

因此，對鎂合金阻尼性能進行研究十分必要[2]?，F(xiàn)行的阻尼性能測試方法為GB/T 18258-2000阻尼材料阻尼性能測試方法，該方法采用懸臂梁共振法測定材料振動阻尼特性，樣品制備復雜且要求高，而且頻率不可以任意選。本文探討了采用兩點支撐法進行阻尼系數(shù)測試的方法，利用該方法研究鋁含量對鎂合金阻尼系數(shù)的影響。

1 阻尼測試的原理

試樣的共振頻率主要由試樣的彈性模量、密度和和幾何尺寸共同決定的，因此試樣的幾何尺寸、密度和機械共振頻率被測定出來，就可以得出材料的彈性模量，根據(jù)所測共振頻率和半功率帶寬，計算出材料的損耗因子。

半功率帶寬為共振曲線上共振峰的兩側，振幅為共振振幅的0.707倍的共振頻率差。依據(jù)所給公式1即可計算出材料的損耗因子，測試過程在控溫箱中進行，即可測出相應溫度對鎂合金阻尼特性的影響。

式中：

Δf0i為第i階模態(tài)半功率帶寬。

f0i為共振頻率。

2 測試儀的結構及操作

本方法采用圓棒狀試樣，將試樣橫向放置在支撐架。測試系統(tǒng)的儀器由激勵和接收兩部分組成，由信號發(fā)生器產生一個正弦或隨機信號經放大激勵激振器，對試樣施加激振力。由檢測傳感器檢測試樣的振動響應信號，經放大器放大后送入顯示和記錄儀器。保持激振幅值恒定，連續(xù)改變頻率，測出試樣的共振曲線。根據(jù)共振曲線上的共振峰，計算出半功率帶寬。

阻尼測試儀的結構如圖1所示。

圖1 兩點支撐法阻尼系數(shù)測試示意圖

3 試驗方法

3.1 試樣制備

選用AZ31鎂合金鑄錠、AZ41鎂合金鑄錠、AZ70鎂合金鑄錠、AZ80鎂合金鑄錠和鋁合金鑄錠，試樣尺寸均為φ7mm×22mm。尺寸公差為±0.2mm。

3.2 試驗過程

將制備好的樣品用無水乙醇進行清洗，并在烘箱中105℃加熱30分鐘烘干。采用排水法計算試樣密度。試驗溫度選取20-30℃。

將試樣放置在支撐架上，對試樣施加激振力，保持激振幅值恒定，連續(xù)改變頻率，測出試樣的共振曲線，根據(jù)共振曲線上的共振峰，計算出半功率帶寬。

4 試驗結果與分析

4.1 鎂合金金相分析

圖2為不同牌號鎂合金金相圖片，圖2a為AZ31鎂合金鑄錠金相圖片，圖2b為AZ41鎂合金鑄錠金相圖片，圖2c為AZ70鎂合金鑄錠金相圖片，圖2d為AZ80鎂合金鑄錠金相圖片，從圖片中可以看出，隨著Al元素的不斷增多，鎂合金中析出的第二相Mg17Al12的含量越來越多，第二相Mg17Al12在晶界處析出，分布越來越廣泛，析出相尺寸不斷增加。

4.2 阻尼系數(shù)的測量

對上述不同材料牌號、相同尺寸的試樣，在20-30℃室溫條件下，所測量的阻尼系數(shù)見表1，AZ系列鎂合金在室溫下的阻尼系數(shù)比鋁合金阻尼內耗值大，說明鎂合金具有較大的阻尼內耗性能和優(yōu)異的減振性能。

表1 不同材料阻尼系數(shù)（內耗值）

圖2 鎂合金金相圖片

隨著Al含量的不斷增大，鎂合金阻尼內耗值不斷增大[3]。說明合金中元素鎂和鋁形成的第二相Mg17Al12對鎂合金阻尼內耗性能產生了影響[4]。

4.3 第二相對鎂合金阻尼性能的影響

鎂合金的阻尼性能，由材料內部的位錯和溶質原子釘扎所引起的，在振動過程中，由于鎂合金中溶質原子和位錯的釘扎作用，在外力的作用下不可逆的往復運動，因此產生機械靜滯效應而產生能量損耗。

通過上述的微觀組織的變化，析出的第二相的尺寸增加，提高了單個析出相的釘扎作用。

在鎂合金組織中，Mg17Al12析出相作為釘扎點，隨著Al含量的增加，第二相Mg17Al12含量不斷增多，對振動具有吸收、粘滯、分割和發(fā)射等作用，從而吸收了更多的振動能，使鎂合金的阻尼系數(shù)增大[5]。

5 結論

（1）鎂合金比鋁合金具有更好的阻尼能耗性能。

（2）AZ系鎂合金中，隨著第二相的不斷增加，合金的阻尼內耗值不斷增大。