5阻尼合金完整版本

阻尼合金(Dampingalloy)材料阻尼性能阻尼合金的分类阻尼合金的特性阻尼合金的应用阻尼合金的其他类型1(1)概述随着近代各种机械的功率、速度不断增加，振动造成的有害噪声也随之增长。有害的振动导致材料疲劳，并降低机械部件的工作可靠性。潜艇发动机振动噪声沿艇体的传播和发射，不但干扰导航仪器的正常工作，而且将自己暴露给敌人。音像系统中的机械振动将不可避免地调制成背景噪声，降低“信噪比”，影响图像的声音和质量。噪声在造成严重的环境污染的同时还恶化劳动条件，刺激人体中枢神经和血管系统。据美国国家职业安全与健康研究所1971年的调查，至少10％的工作人员处于90dB以上的工作环境。为达到规定的90dB噪声标准，工业界需耗资135亿美元；若把标准降到85dB水平，则需316亿美元。目前各发达国家对噪声引起的环境污染问题十分重视，如法国在20世纪70年代就对1.材料阻尼性能2机场的噪声污染进行课税。表1列出在不同连续工作时间中，环境允许的噪声水平(美国标准)。治理机械振动噪声方法有三种：系统减振、结构减振和材料减振。虽然可以从设计上使构件刚固化，采用合理的设计或采用附加隔音装置等结构减振，但势必使机器大型化，重量增加，成本提高。对于工作在动力状况下的机械与结构零件，采用具有大内耗的“高阻尼合金”，对减小有害振动和噪声、阻碍其传播，以及降低共振峰值应力等方面是有效的，在许多情况下，甚至是惟一可采用的方法。由于这种合金存在大的内耗，结构的自由振动很快地衰减、在共振状况下受迫振动的振幅大大降低；在自由度大的结构中，脉冲应力显著降低而且在动态应力集中的工作时间/(h/d)864321.510.50.25噪声级/dB80929597100102105110115表1环境允许的噪声水平3地方发生松弛。如前苏联对内燃机曲轴振动的研究表明，当其振动向共振过渡时，曲轴中依靠材料的阻尼消耗振动能量的60％~65%，而用结构减振仅消耗35％~40％。利用阻尼合金达到减振有三大优点：防止和减少振动，防止和减少噪声，增加材料的疲劳寿命。(2)阻尼的概念和度量

1)内耗和阻尼固体对振动的衰减，是弹性波与固体内的各种缺陷(点，线，面)或声子、电子、磁子等元激发的相互作用，而使机械能消耗的现象，是一种力学损耗。一个自由振动的固体，即使与外界完全隔离，它的机械能也会转换成热能，从而使振动逐渐停止。如果一个机械系统处于强迫振动，则必须不断从外界供给能量才能维持振动。这种由于材料内部的原因而使机械能消耗的现象称为内耗或称阻尼。高阻尼合金就是利用金属材料内部的各种相应阻尼(内耗)机制，吸收机械振动能，并将振动能转换成热能而4耗散，从而达到对机械、仪器仪表等的减振或降噪功效。众所周知，对于完全弹性体而言，应变能够单一地为每一瞬间的应力所确定，即应力和应变间存在着单值函数关系。这样的固体在加载和去载时，应变总是瞬时达到其平衡值。图1应力-应变曲线图a)交变载荷下完全弹性体b)实际固体在发生振动时，应力和应变始终保持同位相，而且呈线性关系，称为“弹性”，不会产生内耗，如图1a所示。实际固体则不同，当加载和去载时，其应变不是瞬时达到平衡值，当振动时应变的位相总是落后于应力，这就使得应力和应变不是单值函数，称为“滞弹性”。显然，在远低5于引起范性形变的应力下能观察到内耗(阻尼)现象这一事实表明，实际固体没有一个真正的“弹性区”。这些非弹性行为在应力-应变图上出现滞后回线，振动时就要产生内耗，其内耗的大小决定于回线所包围的面积，如图1b所示。可见内耗是与实际固体的非弹性行为相联系的现象。若用W表示总振动能量，ΔW表示固体振动一周的能量损耗，则可用ΔW/W来衡量内耗的大小，而物理学上为了与阻尼的电磁回路相对应，常采用Q-1来表示内耗，这里Q是振动系统的品质因子，类似于电磁回路中品质因子的定义。内耗的计算公式为

(1)目前有多种量度内耗的方法，它们随测量方法或振动模式而不同，但相互间可以转换。2)内耗和阻尼的度量6①自由衰减法。图2为自由振动的衰减曲线。材料在最初受外力激发及去除外力后，其振动的振幅随时间衰减。阻尼大的材料，衰减速率快。采用振幅的对数缩减量δ

来量度内耗的大小，这里δ表示相邻两次振动中振幅比的自然对数，即取第一次的振幅An和第n+1次的振幅的对数值。计算内耗Q-1公式如下：图2自由振动的衰减曲线(2)②

强迫共振法。当试样作强迫振动时，根据振动方程求解，可以得到应变振幅随角频率变化的共振曲线(见图3)表示式，由此可求得内耗为7式中，φ是应变落后于应力的相角，ωr是共振角频率；ω1、ω2为振幅下降到最大值的1/时前、后的角频率。可见只要在实验中测得共振曲线，即可(3)图3共振曲线求出内耗值。显然当采用共振法时，内耗测量的精度随Δω=ω1-ω2的增加而提高，因此在高阻尼情况下采用共振法是较为合理的。振动频率与试样的几何尺寸有关，圆柱试样的扭振动和纵振动模式的频率，主要决定于试样的长度，其频率范围一般在104~106Hz。横振动模式的频率在3×102~104Hz，取决于试样的长度和直径或横截面。8③

比阻尼。工程上使用比阻尼(衰减系数)S.D.C(%)(SpecificDampingCapacity)定义：(4)式中，An是第n个振幅；An+1是第n+1振幅。④S.D.C和Q-1的关系。衰减可用Q-1或δ，在衰减能大时一般用S.D.C，两者的关系为(5)

S.D.C

值超过20％的材料定义为高阻尼材料，表2列出了一些金属材料在室温时的阻尼特性。9材料比阻尼性能S.D.C(%)屈服强度/MPa密度/(g/cm3)镁(精锻)491801.74Cu-Mn(Incramute,Sonoston)403107.50Ni-Ti(Nitinol)403106.45Fe-Cr-Al(Silentalloy)402767.40高碳铸铁191727.70纯镍18628.90纯铁16697.86马氏体不锈钢85267.70灰铸铁61727.80SAP(铝粉)51382.55低碳钢43457.86铁素体不锈钢33107.75球墨铸铁23457.80中碳钢14137.86奥氏体不锈钢12407.80表2一些金属材料在室温时的阻尼特性10(1)复合型在强韧的基体中，如有软的第二相析出，则在基体和第二相的界面上，容易发生塑性流动或粘性流动，外界的振动或声波可以在这些流动中消耗，声音被吸收。片状石墨铸铁中75％~90％的碳在基2.阻尼合金的分类图4Fe-C-Si复相型阻尼合金的石墨分布

a)金相照片b)扫描电镜照片体中为片状石墨，断口呈灰色，可用于制造机床底座和电动机机座。图4示出Fe-C-Si复相型阻尼合金的石墨分布。然而片状石墨铸铁加工困难、质脆、机械强度低、耐蚀性差，因而应用受到限制。如在碳当量为4.5％~5.2％的铸铁中加入少量锆，或加入其他少量的合金元素，使片状石墨粗大成长，可提高铸铁的衰减系数。11另一复合型阻尼合金为Al-Zn(SPZ)、Al-40Zn和Al-78Zn合金经固溶化处理，随后经150℃时间时效，在晶界有Zn的不连续析出物形成。合金的衰减能随温度增高而上升，在50℃附近可获得高的衰减系数S.D.C=30%，这是最早报道的高阻尼合金。由于这种合金具有牢固、便宜、轻巧和易于加工等特点，因它能吸收马达的微振使唱针免干扰确保音质清晰，可用来制作唱机的转盘。用这种材料制造发动机盖和部分机械，能使噪声大幅度减弱。在新型减振降噪(高阻尼)ZDAI(Zn-18-27AlMnCuSiMg)铸造Zn-AI合金基础上，添加Ti(0.01~0.5)、B(0.001~0.22)、Zr(0.01~0.8)、Ge(0.01~0.5)、Re(0.01~1.0)等微量元素，能对Zn-Al阻尼合金的组织进行细化作用，使强韧性得到改善，且合金元素的加入对Zn-Al母合金的界面可动性影响不大，而可动界面的数量增加，使阻尼性能得到相应的提高。多元素优化配比共同添加可使强度上升14％左右，伸长率上升30%，其阻尼性能(内耗值)可提高30％以上。12(2)强磁型磁性体内部被划分成由磁壁包围的磁畴小单元，在外加交变应力下，磁壁振动吸收能量，这种能量的损耗产生的阻尼为强磁性型阻尼。磁弹性内耗是铁磁材料中磁性与力学性质间的耦合所引起的。磁致伸缩现象提供了磁性与力学性质的耦合。由于在应力作用下存在磁弹性能，因而可引起磁畴的转动和畴壁的推移。由于这种交变应力引起磁畴的运动是一个不可逆过程，在能量上引起从机械能到热能的转换。磁弹性内耗一般可分为三类：①宏观涡流损耗；②微观涡流损耗；③与磁机械滞后有关的损耗。通常前两种损耗数值不大，而磁机械损耗则要大得多，故对于创造高阻尼合金具有实际意义。这一类的阻尼合金是铁基阻尼合金，例如1Cr13类型铁素体钢的阻尼性能大约比奥氏体不锈钢高一个数量级。在要求较高强度和耐热的条件下，钴镍基合金的比阻尼性能又比铁素体铬钢要高好几倍。13

(1)铁基阻尼合金一般的铁基合金阻尼能力很小。中碳钢的比阻尼能力S.D.C只有1%，低碳钢的S.D.C只有4%，即使在20世纪50年代，美国工程界竞相试验研究的403钢(Fe-12Cr-0.5Ni)S.D.C值也不足10％。但是，对Fe-Cr、Fe-Mo、Fe-Co、Fe-W系合金成分的合理匹配，可以大幅度提高铁基合金的限尼性能。含有质量分数为12％~14％铬的Fe-Cr合金，其S.D.C值高达80％。对Fe-Mo两元合金的研究结果表明：当Mo质量分数在0％~16％范围内，随着Mo含量增加，Fe-Mo合金的机械强度也增加，但是，共阻尼性能则在Mo的质量分数为6％时，达到最佳值。然而，两元合金的强度太低，实用价值不大。为了提高强度，又在两元系基础上，添加其他合金元素，形成多元高阻尼合金。研究结果发现：在Fe-Cr-Al三元系的等温退火截面上，存在着高阻尼区，在Fe-12Cr基础上，再添2.5%(质量分数)的Mo，虽然可以维持高阻尼能力，提高强14度，但使塑性大大下降；在Fe-12Cr-2.5Mo基础上，再添1%(质量分数)的Cu，则不仅进一步提高阻尼性能和强度，塑性也得到了改善；而在Fe-12Cr基础上，添加3%(质量分数)的Al，其S.D.C值达到60%，并且具有高的强度和良好的塑性。大部分铁基高阻尼合金尽管内耗大、强度高、加工性能好，但韧度很低。并且由于铁基高阻尼合金一般为单相铁素体组织，难以通过热处理调整力学性能。为克服这些缺点，以双相组织为其特点，在热处理时，将钢加热到奥氏体和铁素体两相温度区，并保温一定时间，使钢中形成奥氏体和铁素体两相；冷却时，钢中奥氏体转变为马氏体，然后，在高于400℃而又低于相变点温度区回火，形成铁素体和回火马氏体组织。这样，就可以通过控制回火马氏体的数量，调整合金的综合性能。表3列出1100℃回火后Fe-Cr基合金的力学性能和阻尼性能。2)影响铁基合金阻尼性能冶金因素15合金名称HVσ/MPaσ0.2/MPaδ(%)E/MPaS.D.CFe-10Cr144---20613Fe-12Cr1232681572617739Fe-14Cr1322871492017635Fe-16Cr1373101442417335Fe-12Cr-2.5Mo1653292571018537Fe-12Cr-2.5Mo-2.5Ti180402276518811Fe-12Cr-2.5Mo-1Cu2014303191818042Fe-16Cr-2.5Ti182450288819314Fe-16Cr-2.5Ti-2.5Mo2013923462224<4Fe-16Cr-2.5Ti-1Cu210460388419515Fe-12Cr-3Al1833943062219760表31100℃回火后Fe-Cr基合金的力学性能和阻尼性能16①碳、氮、氧间隙原子阻碍畴壁的运动，从而损害阻尼性能，因此，尽量减小这些元素的含量是保证阻尼能力的根本措施之一。如美国的Fe-Cr-Al和Fe-Cr-Mo合金，其碳的质量分数小于0.007%，氮的质量分数小于0.0012%,氧的质量分数小于0.021%，在日本专利中，往往要求碳的质量分数小于0.003％。②

在热处理工艺上，一般退火温度越高、冷却速度越慢，阻尼性能越好。高的退火温度，可获得大的晶粒；慢的冷却速度，可减小内应力。所有这些，都有利于畴壁的运动。③

在微观组织上，以单相铁素体组织为佳。组织中出现第二相，尤其是非铁磁性相，都将损害阻尼性能。因此，在成分设计上，往往要保证在室温是单相铁素体。④

冷变形后，合金内部内应力增大，位错增多，阻碍磁畴的运动，从而使合金阻尼能力下降。一般当冷变形量达到5％时，磁机械阻尼已基17本消失，但是通过退火处理可恢复合金原有的阻尼能力。3)铁基合金阻尼性能与外界条件的关系①应变振幅。应变振幅是影响铁基合金阻尼性能的最敏感因素之一。众多的研究结果表明：在合金材料的阻尼能力-应变振幅关系曲线上，有一阻尼峰，但阻尼能力按什么函数关系随应变振幅增大而增大或减小，实验结果并不完全一致。通过合金化和热处理，可改变此阻尼峰的位置以及形态，依然是值得进一步研究的问题，这对于铁基高阻尼合金的应用，具有重要意义。②振动频率。理论分析与实验结果表明：当频率超过某个临界值时，阻尼性能会急剧恶化。这个临界值，称为Barkhausen跳动频率，约为300kHz。超过此临界频率时，磁畴的运动赶不上振动应力的变化，磁机械阻尼机制失效，阻尼能力急剧下降。在此临界值以下，即在声频范围内，频率对阻尼性能的影响不大。18③工作温度。由于铁基高阻尼合金的组织为单相铁素体，铁磁性消失的居里温度在700℃左右，因此在高温时，铁基合金也具有高阻尼能力。④磁场。铁基高阻尼合金的高阻尼性能主要源于磁-机械滞后效应。因此施加外磁场后，将影响合金的阻尼能力。当磁场强度大于矫顽力后，阻尼能力一般随磁场强度增大而减小。当合金磁化到饱和时，磁机械阻尼也就消失。⑤静应力。静应力对阻尼性能的影响倾向与磁场相似，一般来说，施加静应力后，将损害阻尼性能，施加的静应力越大则阻尼能力的损失也越大。由于施加静应力后，合金内部磁化状态要改变。当施加的应力足以使内部磁化饱和时，磁机械阻尼机制就不再起作用了。⑥交变应力。在交变应力下，当平均应力增大时，合金的阻尼性能迅速恶化。试验结果表明：当平均应力为(49±196)MPa时，即使循环次数达到105，SIA合金的阻尼能力也不发生改变；平均应力达到(147±49)19MPa时，随循环次数的增加，合金阻尼能力就会下降。因此，合金只有在小于某一平均应力条件下应用才会有效。(3)位错型

格拉那托-鲁依柯(Granato-Lucke)的位错阻尼钉扎模型如图5所示。图5位错阻尼的钉扎模型a)被杂质钉扎的位错在应力下的脱离;b)位错应力应变途经20通常情况下，位错被杂质原子钉扎见图5a的a；随外应力加大，位错突出成弧形见图5a的b,c；当应力继续增大，位错可从钉扎处脱开见图5a的d,e；最后形成位错环见图5a的f。当应力减小时，位错沿f→

e→d，之后不经过c，b而直接回到a，如图5b所示，图中的阴影部分能量转变成热能散逸出去，这就是这类阻尼机制的基本原理。这类合金具有最大的衰减系数。铸造镁合金的衰减系数可达60%，由于它的强度大，密度小(1.74g/cm3)，能承受大的冲击负荷，以及对碱、石油、苯和矿物油等有较高化学稳定性的优点。所以镁合金(Mg-0.6Zr的KlXl合金)已被用在火箭的姿态控制盘和陀螺仪的安装架等精密装置上。这种合金最适用于宇航和运输工业上作为减振材料应用。(4)孪晶型

孪晶是晶体中的面缺陷，以孪晶面为对称面，孪晶面两边的晶体结21构镜面对称。孪晶面在外应力下的易动性和弛豫过程，造成对振动能的吸收。1948年，C.Zener发现Mn-12Cu合金经925℃时效几小时后水冷，在室温附近具有很高的内耗值。他指出该内耗是由于(101)和(011)孪晶面的应力感生运动引起的。F.Worrell采用电磁激发共振棒法，证实在频率700Hz和0℃附近，该合金存在一个10-2数量级的内耗峰，与该合金强烈形成孪晶的性质相对应，并首先用金相腐蚀方法观察到了该孪晶组织。在退火过程中，随着孪晶的不断消失，内耗峰也逐渐降低。近年来的工作表明，Mn-Cu合金这一内耗峰和模量亏损的对应关系，可以确定属于弛豫型内耗。改变频率测量内耗与模量(或频率)的变化，可以看到弛豫峰随频率增大而向高温方向移动，但更高温度的相变峰温却不随频率变化而移动。1)高锰(wMn>70%)的锰铜二元高阻尼合金Mn-12Cu合金声频横振动下的内耗温度谱如图6所示。是试样经均匀化退火处理后，在850℃22或900℃固溶处理2h后，迅速淬入10%(质量分数)的KOH溶液中，在声频横振动下的内耗温度谱。它有两个明显的内耗峰：低温峰(主峰，0℃附近)为孪晶界的弛豫峰，峰高可达10-2数量级；高温峰(副峰)为马氏体相变峰，峰温处伴随弹性模量的软化。随着试样中锰含量的降低，马氏体相变峰向低温侧移动，当wMn＜74％时，不再有孪晶峰和马氏体相变峰。Mn-Cu合金中顺磁-反铁磁转变与fcc-fct马氏体相变，是两个相互独立的相变。磁转变寻致fcc

晶体的四方畸变，这为fcc-fct马氏体转变奠定图6Mn-12Cu合金声频横振动下的内耗温度谱23基础，并由此触发了fcc-fct转变。由磁性转变造成的四方畸变度(10-6数量级)及fcc-fct马氏体转变造成的四方畸变度(10-2数量级)产生的内应力，都因孪晶的形成而得到释放，但由于这两个转变温度非常接近，因此通常认为，在某一温度，顺磁fcc高温相转变为反铁磁fct低温相。锰铜合金的高阻尼，来源于反铁磁马氏体孪晶在外力作用下的弛豫运动及再取向，即是马氏体相变为锰铜合金获得高阻尼的必要条件，图7示出孪晶金相组织。但当合金中的wMn＜70％时，由于Ms点远低于室温，因此不能在室温附近发生上述相变，从而获得高阻尼，此时通常在400~600℃时效来使合金的相变点升高。图7孪晶金相组织242)中锰(wMn=40%~60%)的锰铜多元高阻尼合金当Mn-Cu合金的wMn>30％时，其平衡组织为(α+γ)相：wMn=40%~60%的Mn-Cu合金时，从γ相区水淬后，在450℃、550℃、600℃等不同温度时效，发生γ→α+γ分解。在此过程中，MS点明显升高，并且γMn-Cu合金在时效过程中的分解是一个渐近的过程。在γ→α+γ的早期阶段，将优先形成富锰区域，随着时效时间的延长，将有α-Mn的沉淀析出。在α-Mn析出之前，合金一直保持单一的γ相。由于富锰区的形成，产生了显微不均匀性，在随后的冷却过程中，这些富锰微区所发生的反铁磁转变和fcc-fct马氏体相变(形成反铁磁的fct结构)，与高锰的Mn-Cu合金从高温γ相淬火冷却过程中的转变类似，因此，中锰的Mn-Cu合金，淬火后再经400~600℃时效处理，可使其转变温度升高，从而在室温附近发生相变而获得高阻尼。通常认为γMn-Cu合金在亚稳混溶区内时效所发生的分解为亚稳态Spinodal分解，随后冷却所形成的花呢状马氏体孪晶，为高阻尼内耗源。25图8为这种分解的调幅结构形貌，其形貌类似粗花呢织物。图8调幅结构形貌锰钢二元高阻尼合金因锰含量高，耐蚀性差。通过降低锰含量，并添加镍、铝等合金元素。合金从γ相区淬火后，在亚稳互溶区时效，一方面使合金的反铁磁转变及马氏体相变的相变点升高，从而在室温附近发生相变以获得高阻尼；另一方面兼具耐腐蚀、强度、韧性等综合力学性能。国际铜研究协会开发的Incramute(45Mn-53Cu-2AI)早已取得商业应用，其典型热处理工艺为：700~800℃(γ相区)固溶处理后水淬，400℃时效8~16h(控制一定的时效时间，避免α-Mn析出降低阻尼性能)冷至室温。26表4常见阻尼合金类型类型合金系实用合金复合型(应力缓和型)Fe-C-Si片状石墨铸铁Ai-ZnSPZ强铁磁型(磁滞型)Fe-NiTDNiFe-Cr12%铬钢Fe-Cr-Al赛连塔罗依(消音合金)Fe-Cr-Ai-Mg特兰卡罗依Fe-Cr-Mo肯塔罗依Co-NiNIVCO-10位错型(磁滞型)Mg-ZrKIKIMg-Mg2Ni孪晶型(*磁滞型-形状记忆合金)(无*为应力缓和型)Mn-Cu索诺斯顿Mn-Cu-Al尹克拉妙特Cu-Al-Ni*-Cu-Zn-Al*-Ni-Ti*尼基诺尔273.阻尼合金的特性(1)合金阻尼与强度的关系James做了金属材料衰减系数S.D.

C

与抗拉强度的关系的试验，其结果见图9，得出各种材料的衰减系数的大小基本上与抗拉强度成反比倾向。图上没有指出的金属材料，大部分的衰减系数在0.1％以下。图中α为抗拉强度与衰减系数的乘积，α=10，α=100，α=1000三条直线表示了抗拉强度与衰减系数之间的关系倾向。非铁金属材料图9金属材料的抗拉强度与衰减系数关系

以衰减系数大，抗拉强度极低的铅为出发点，沿α=10的直线，随抗拉强度增高衰减系数降低。常用主要钢铁树科，沿α=100的直线、随抗拉强28度增加衰减系数降低。图中用黑点表示的六种高阻尼合金，接近于α=1000的直线，其抗拉强度与衰减系数两者都优于其他材料。在相同的强度下，其衰减系数比其他材料约大10倍到100倍。(2)阻尼特性与温度的关系

阻尼材料的阻尼机制不同，它们与温度的依赖关系也明显不同。孪晶型合金虽然室温的阻尼性能很高，但由于马氏体相变温度的限制，使其使用温度不得超过80℃。铁磁型合金具有很好的高温阻尼性能，在380℃以下，合金的阻尼性能不变；另外，这类合金还具有高于低碳钢的抗拉强度，以及与铁素体不锈钢相当的耐蚀性和焊接性，并且有良好的热加工、切削性能。这类合金在最大切应变振幅下都有很高的内耗值，比普通低合金钢高几百倍。实验表明，典型的铁磁型Fe-Cr-Al合金，具有与普碳钢相同的强度和物理性能，而且阻尼性能与木材相当。29目前有抗拉强度大于600MPa的高阻尼合金，能满足某些工业所提出的高强、高温、高阻尼的要求。(3)阻尼特性与振幅的关系

各类高阻尼合金的阻尼特性或大或小地依赖于应变(或应力)振幅，复相型合金受振幅影响较小，孪晶型和位错型较大，铁磁型最大。一般应变振幅越大，阻尼越大。根据阻尼机制的不同，阻尼特性与振幅的依赖关系有两种形式：①随振幅增加而阻尼增加；②阻尼性能开始随振幅增加而增加，在达到饱和值后，有时会随振幅增加而下降。考虑到铁磁型合金对应变(或应力)振幅的这种强烈依赖关系，在设计使用时应充分加以利用，使振源的振幅落在阻尼最大的区域内，以达到最佳的减振降噪效果。当然，在使用铁磁型合金时，注意不要在强磁场下工作。当外磁场强度大于1591.55A/m(20Oe)时，其阻尼性能急剧下降。另外，也不要在冷加工态(或内应力很大时)使用，这将妨碍磁畴壁的30运动，从而降低阻尼性能。总之，铁磁型合金使用的最佳态是低(或无)磁场、应力低而应变幅大的横振动场合，以做到扬长避短，充分发挥材料的作用。(4)阻尼特性与频率的关系

高阻尼合金之所以具有高的内耗值，是因为它在接受外界的振动能量的同时，通过内部微观结构的运动，对外来能量加以消耗。这种内部微观结构的运动有两种：①只与振动的振幅有关而与频率无关，静滞后型内耗，铁磁型、孪晶型、位错型合金的阻尼特性属此类型；②当内部微观结构的运动频率与外界振动频率一致时，内耗达到最大值，从而使内耗对频率有明显的依赖关系，而与振幅无关，称之为弛豫型内耗，如复相型合金，其阻尼性能随频率的升高而下降(在低应力幅时)。另外，晶粒大小、晶界的敏化程度，微结构的体积百分数等冶金因素，对某些高阻尼合金的阻尼特性也有影响。因为阻尼特性将影响材料31的使用寿命，近年来已逐步将它作为材料的基本特性加以考核。当然，阻尼合金的耐磨性、耐蚀性、刚性、抗时效性、可焊性和加工性等，都因合金成分、阻尼机制的不同而不同，在合金研制与使用时，要区别情况，分别对待。324.阻尼合金的应用各种类型的高阻尼合金均具有高的阻尼特性，在应用上都有各自的特点与局限性。如复合阻尼钢板阻尼值在10-1以上，但使用温度目前不能超过80~100℃；铁磁型高阻尼合金虽有使用温度高的优点，但不能在磁场下使用；孪晶型合金虽有高的强度，但成本太高，等等。因此，还必须研制价格低廉、有实用价值的各类高阻尼合金，以满足不同应用场合的需要。(1)潜艇螺旋桨安静性是潜艇的重要战术指标，而螺旋桨是潜艇的主要噪声源之一。螺旋桨运转时，由于水泡的激励便会发生“唱声”，这种“唱声”易被敌舰声纳所捕获。由于即使改进设计方法也很难消除“唱声”，因此采用高阻尼合金制造潜艇螺旋桨，就成了各国海军都关心的课题。英国石锰海洋公司开发的Sonoston(54Mn-37Cu-4AI-3Fe-2Ni)、国际铜研究协会开发的Incramute(43Mn-55Cu-2AI)等，就是专门为潜艇螺旋桨而研制的高阻33尼合金；前苏联的ABPOPA合金和我国的“2310”合金，就是专门为潜艇螺旋桨而研制的高阻尼合金。采用Silentalloy合金(Fe-12Cr-2AI)制造气轮机叶片，大大提高其疲劳寿命。“2310”合金制造的潜艇螺旋桨，可使噪声降低5~10dB，振动降低3~12dB。(2)工程机械上使用

齿轮使用高阻尼合金的目的是为了降低齿轮吻合时所产生的噪声。由于高阻尼合金硬度较低、耐磨性较差，所以不做齿牙，而是用于齿轮体，应用部位有齿轮辐、镶板、嵌环等。日本采用的方法是将高阻尼锰铜合金嵌环，通过红套的方法固定在燃气轮机的齿轮体上。加阻尼合金环后的齿轮的阻尼性能，与原钢质齿轮相比，提高阻尼约300倍。德国则用高阻尼合金制造齿轮辐，代替原45钢齿轮辐，装配在齿轮上，通过的噪声比原齿轮降低4dB。为改善机器组装厂的工作环境，将链条运输机导轨，采用Mn-Cu高阻尼合金，噪34声从92dB降至87dB,耐久性也明显提高。日本在Φ19mm的凿岩机机杆中间插入一段Mn-Cu合金，新杆在高音区域声压降低约20dB，不过所采用的连接方法使机杆的强度有所下降；英国的德尔塔金属公司对上述的装配方法进行了改进，在凿岩机机杆上装配了长88.9mm的Mn-Cu合金圆套，该方法没有损害机杆的强度，而使噪声降低8dB。(3)其他领域使用

高阻尼合金的应用已涉及到许多领域，例如：当无阻尼或小阻尼的隔声构件处于共振区和吻合效应区时，因隔声性能剧烈下降而导致平均隔声量减少，采用高阻尼合金制作隔声构件不易引起共振，且吻合效应引起的性能下降程度也减少，因此提高了隔声性能。日本用高阻尼合金制造的高频发电机罩代替钢机罩，使平均隔声量提高了大约7dB。Zn-27AI合金因其价格低廉、重量轻，且在较宽动力范围内具有高内耗值而被建筑行业采用。35在航空航天工业中，阻尼合金可作为火箭、导弹、喷气式飞机的控制盘或导航仪等精密仪器及发动机机罩。一种取名为PROTEUS的Cu-Zn-AI合金，其阻尼性能可与Mn-Cu基