CN103163172B - 一种形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法：使用动态力学分析仪将被测的形状记忆合金试样升温至其相变温度范围内，并取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线，然后取出各曲线起始阶段的数据继续连线，所得的结果即为合金阻尼（IFint+IFPT+IFTr）与应变振幅的关系；在进行上述操作的基础上，再减去恒温一定时间得到的（IFint+IFPT）与应变振幅的对应关系，即可反映出瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律。本发明简明、直观地反映出阻尼合金的瞬态阻尼与应变振幅的对应关系,测试方法简单明了，易于实施，测试结果准确，直观地反映出相变过程中合金阻尼值的瞬态项与应变振幅的对应关系。
Description
技术领域
本发明涉及具有热弹性马氏体相变的阻尼合金阻尼性能的测试技术领域，特别提供了一种形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法。
背景技术
随着现代工业的发展及人类生活水平的提高，机械设备的减震问题和噪声污染得到了人们的日益关注。具有热弹性马氏体相变的形状记忆合金因其优异的形状记忆特性，良好的力学性能以及高阻尼性能，在建筑、交通、高精密设备及日常生活等领域的减震降噪方面具有巨大的使用价值，因此引起了相关科研人员的注意。
利用动态力学分析仪（DMA）双悬臂梁模式测试高阻尼形状记忆合金的阻尼性能时，在热弹性马氏体相变阶段出现阻尼峰IF，该相变过程的阻尼IF由三部分组成：IF=IFint+IFPT+IFTr，其中IFint是合金的本征阻尼，取决于各相的微观结构；IFPT是合金的相变阻尼，发生在相变过程中，由马氏体-奥氏体相界面的可逆位移产生，与变温速率无关而与振动频率和振幅有关；IFTr是合金相变过程的瞬态阻尼，发生在升温或降温过程中，由马氏体-奥氏体相界面的不可逆位移产生，取决于变温速率、振动频率和振幅。通过实验手段分析阻尼值与实验参数的对应关系显得十分重要，特别是阻尼值随振幅的变化趋势对工程应用具有实用意义。在相变温度区间内，当保持温度恒定，瞬态阻尼IFTr为零，这时可以得到本征阻尼与相变阻尼之和（IFint+IFPT）随振幅的变化趋势，但瞬态阻尼IFTr未能得以体现。
人们渴望得到一种技术效果优良的针对具有热弹性马氏体相变的阻尼合金阻尼性能的测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的针对具有热弹性马氏体相变的阻尼合金阻尼性能的测试方法。具体说是设计一种具有热弹性马氏体相变的阻尼合金在相变温度范围内瞬态阻尼的测试方法。通过选取不同振幅范围进行测试，消除阻尼值随时间衰减的影响，得到了一种直观地反映阻尼合金的瞬态阻尼与应变振幅对应关系的实验方法。
本发明一种形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法；其特征在于：使用动态力学分析仪（DMA）将被测的形状记忆合金试样升温至其相变温度范围内的特定温度，并取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线，然后取出各曲线起始阶段的数据继续连线，所得的结果即为合金阻尼（IFint+IFPT+IFTr）与应变振幅的关系；
在进行上述操作的基础上，再减去恒温一定时间得到的（IFint+IFPT）与应变振幅的对应关系，即可反映出瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律；
本发明所述形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法，还要求保护下述优选内容：
所述形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法还满足下述要求：在取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线的过程中，所取的各频率范围相互之间为包含或者被包含的关系。
所述形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法还满足下述要求：在取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线的过程中，所取的不同的应变振幅范围为逐渐缩小的范围。
所述形状记忆合金为固溶态Ti50.1Ni49.9合金及Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金，测试该合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线的过程中具体满足下述要求：
1）首先对合金试样进行预处理以便满足要求；
2）然后使用该合金所对应的DMA试样测试阻尼值，固定频率1Hz，以3℃/min的速率将Ti50.1Ni49.9合金从马氏体态升温至95℃（Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金升温到30℃），恒温30min，振幅范围为0.5~200μm，测试阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT）与应变振幅的关系曲线；
3）固定频率1Hz，以3℃/min的速率将Ti50.1Ni49.9合金从马氏体态升温至95℃（Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金升温到30℃），立即针对该合金所对应的DMA试样测试其阻尼值与应变振幅的关系曲线，所选取的振幅范围分别依次为：0.5~200μm，2~200μm，4~200μm，6~200μm，8~200μm，10~200μm，20~200μm，40~200μm及80~200μm；
然后将对应以上不同振幅范围的阻尼值与应变振幅的关系曲线的各曲线起始点连线，即可得到合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线；
4）然后将步骤2）和3）得到的曲线作差即可对应得到合金阻尼的瞬态项IFTr与应变振幅的关系曲线。
对所述形状记忆合金试样进行预处理的要求是：磨去氧化皮后用丙酮超声波清洗15~20分钟。
本发明的目的是深入分析阻尼合金的阻尼特性，设计一种实验方法，简明、直观地反映出阻尼合金的瞬态阻尼与应变振幅的对应关系。
本发明的工作原理是：把阻尼合金从马氏体态升温到相变温度区间的某一特定温度并恒温一定时间再进行应变扫描，即可得到该温度下马氏体逆相变过程本征阻尼IFint与相变阻尼IFPT之和（IFint+IFPT）随应变振幅的变化规律。而当升温至同样的特定温度但不采取恒温立即进行应变扫描，那么得到的阻尼值tanδ随应变振幅的变化受两方面影响：一是（IFint+IFPT）随应变振幅的增加趋势，二是瞬态阻尼IFTr随应变振幅而变化的同时随着恒温时间推移而逐渐衰减。这种条件下只有曲线的起始阶段真实记录了相应应变振幅下合金的阻尼（IFint+IFPT+IFTr）。那么，只要选取不同的应变振幅范围进行测试并取出各曲线起始阶段的数据进行连线，得到的结果就反映出合金阻尼（IFint+IFPT+IFTr）与应变振幅的关系，这时再减去恒温一定时间得到的（IFint+IFPT）与应变振幅的对应关系，即可反映出瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律。
本发明的优点是测试方法简单明了，易于实施，测试结果准确，直观地反映出相变过程中合金阻尼值的瞬态项与应变振幅的对应关系。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是频率1Hz，应变振幅0.01%，升温速率3℃/min条件下，Ti50.1Ni49.9合金在30℃~180℃温度范围内的内耗-温度曲线；
图2是频率1Hz，应变振幅0.01%，升温速率3℃/min条件下，Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金在-40℃~100℃温度范围内的内耗-温度曲线；
图3表示3℃/min升温至95℃时开始保温，Ti50.1Ni49.9合金内耗随时间的衰减规律；
图4表示3℃/min升温至30℃时开始保温，Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金内耗随时间的衰减规律；
图5是Ti50.1Ni49.9合金在95℃恒温30min及不同应变振幅（即应变幅度）范围内恒温0min得到的阻尼值随应变振幅的变化；
图6反映出Ti50.1Ni49.9合金的瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律；
图7是Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金在30℃恒温30min及不同应变振幅范围内恒温0min得到的阻尼值随应变振幅的变化；
图8反映出Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金的瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律。
具体实施方式
实例1
利用TA Q800 动态力学分析仪（DMA）双悬臂梁模式测试Ti50.1Ni49.9（at.%）合金的阻尼性能tanδ值。用电火花线切割切取60×10×1mm3的DMA试样，磨去表面氧化皮后用丙酮超声波清洗15~20分钟分钟。
阻尼性能的测试详述如下：
1）固定频率1Hz，在应变振幅0.01%，升温速率3℃/min条件下进行温度扫描，得到Ti50.1Ni49.9合金的内耗-温度曲线，见图1。在测试内耗-应变振幅曲线时从图1中曲线的马氏体逆相变温度范围内选定一个特定温度，本实验选定95℃；
2）为深入分析合金阻尼与应变振幅的关系，应考虑内耗随时间的衰减而造成的干扰。将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至95℃进行保温一定时间，得到此时内耗随时间的衰减规律，如图3所示。保温30min时，阻尼值趋于稳定，反映的是合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT）；
3）根据前述合金的内耗随时间衰减规律，将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至95℃并保温30min，在振幅0.5~200μm范围进行应变扫描得到合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT）随应变振幅的变化趋势，图5中用实心圈表示；
4）将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至95℃立即进行应变扫描，选取振幅范围分别为：0.5~200μm，2~200μm，4~200μm，6~200μm，8~200μm，10~200μm，20~200μm，40~200μm及80~200μm，测试结果用图5中空心圈表示。这一系列数据受内耗随时间衰减以及随应变振幅变化的共同影响；
5）将图5中恒温0min时内耗-应变振幅曲线的起始点进行连线，得到了消除时间影响的合金阻尼IF与应变振幅的关系，此时再减去合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT），即得到合金瞬态阻尼IFTr与应变振幅的对应关系，如图6所示。
实例2
利用TA Q800 动态力学分析仪（DMA）双悬臂梁模式测试Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5（at.%）合金的阻尼性能tanδ值。用电火花线切割切取60×10×1mm3的DMA试样，磨去表面氧化皮后用丙酮超声波清洗15~20分钟分钟。
阻尼性能的测试详述如下：
1）固定频率1Hz，在应变振幅0.01%，升温速率3℃/min条件下进行温度扫描，得到Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金的内耗-温度曲线，见图2。在测试内耗-应变振幅曲线时从图1中曲线的马氏体逆相变温度范围内选定一个特定温度，本实验选定30℃；
2）为深入分析合金阻尼与应变振幅的关系，应考虑内耗随时间的衰减而造成的干扰。将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至30℃进行保温一定时间，得到此时内耗随时间的衰减规律，如图4所示。保温30min时，阻尼值趋于稳定，反映的是合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT）；
3）根据前述合金的内耗随时间衰减规律，将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至30℃并保温30min，在振幅0.5~200μm范围进行应变扫描得到合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT）随应变振幅的变化趋势，图3中用实心圈表示；
4）将试样以3℃/min的速率从马氏体态升温至30℃立即进行应变扫描，选取振幅范围分别为：0.5~200μm，2~200μm，4~200μm，6~200μm，8~200μm，10~200μm，20~200μm，40~200μm及80~200μm，测试结果用图7中空心圈表示。这一系列数据受内耗随时间衰减以及随应变振幅变化的共同影响；
5）将恒温0min时内耗-应变振幅曲线的起始点进行连线，得到了消除时间影响的合金阻尼IF与应变振幅的关系，此时再减去合金阻尼的本征项与相变项之和（IFint+IFPT），即得到合金瞬态阻尼IFTr与应变振幅的对应关系，如图8所示。
采用本实施例所述测试方法进行合金阻尼性能测试，简单明了，测试结果准确，能直观地反映出相变过程中合金阻尼值的瞬态项与应变振幅的对应关系。
Claims (2)
1.一种形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法；使用动态力学分析仪将被测的形状记忆合金试样从马氏体态升温至其相变温度范围内的特定温度，并取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线；然后取出各曲线起始阶段的数据继续连线，所得的结果即为合金阻尼IFint+IFPT+IFTr与应变振幅的关系；其中：IFint、IFPT、IFTr分别为阻尼的本征项、相变项、瞬态项；在进行上述操作的基础上，再减去恒温一定时间得到的IFint+IFPT与应变振幅的对应关系，即可反映出瞬态阻尼IFTr随应变振幅的变化规律；
所述形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法还满足下述要求：在取不同的应变振幅范围进行测试合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线的过程中，所取的不同的应变振幅范围为逐渐缩小的范围；其特征在于：
所述形状记忆合金为固溶态Ti50.1Ni49.9合金及Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金，测试该合金阻尼值tanδ与应变振幅的关系曲线的过程中具体满足下述要求：
1)首先对形状记忆合金试样进行预处理以便满足要求；
2)然后使用该合金所对应的动态力学分析仪试样测试阻尼值，固定频率1Hz，以3℃/min的速率将Ti50.1Ni49.9合金从马氏体态升温至95℃，Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金升温到30℃，恒温30min，振幅范围为0.5～200μm，测试阻尼的本征项与相变项之和IFint+IFPT与应变振幅的关系曲线；
3)固定频率1Hz，以3℃/min的速率将Ti50.1Ni49.9合金从马氏体态升温至95℃，Ti46.1Ni43.4Nb9.0Mo1.5合金升温到30℃，立即针对该合金所对应的动态力学分析仪试样测试其阻尼值与应变振幅的关系曲线，所选取的振幅范围分别依次为：0.5～200μm，2～200μm，4～200μm，6～200μm，8～200μm，10～200μm，20～200μm，40～200μm及80～200μm；
然后将对应以上不同振幅范围的阻尼值与应变振幅的关系曲线的各曲线起始点连线，即可得到合金阻尼值IFint+IFPT+IFTr与应变振幅的关系曲线；
4)然后将步骤2)和3)得到的曲线作差即可对应得到合金阻尼的瞬态项IFTr与应变振幅的关系曲线。
2.按照权利要求1所述形状记忆合金瞬态阻尼的测试方法，其特征在于：对所述形状记忆合金试样进行预处理的要求是：磨去氧化皮后用丙酮超声波清洗15～20分钟。
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