CN103850356A

CN103850356A - 一种室温超塑性合金弯剪型耗能器及制备方法

Info

Publication number: CN103850356A
Application number: CN201210510783.9A
Authority: CN
Inventors: 董雪花; 张新平; 张合; 王建国; 韩世鸿
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明提供了一种金属剪切型减震耗能器及其制备方法，特别是一种通过室温超塑性Zn-Al合金制备弯剪型耗能器及制备方法，其特征在于，包括耗能部位和固定部位，其中耗能部位为内部的环和两侧的X部分，它们通过连接部分连接，耗能部位与固定部位是平缓过度；制备弯剪型耗能器可以先获得超细金合金的坯料再制备弯剪型室温超塑性合金耗能器，也可以先加工出弯剪型合金耗能器毛坯再进行细晶化处理，最后进行机械加工制备出成品。本发明的优点包括：在地震作用下，里面的环先屈服耗能，两侧的X行部分后屈服耗能，这一特点不但在主震中能发挥作用，在余震中也能实现耗能，满足多道设防的原则。

Description

一种室温超塑性合金弯剪型耗能器及制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属剪切型减震耗能器及其制备方法，特别是一种通过室温超塑性Zn-Al合金制备弯剪型耗能器及制备方法。

背景技术

金属阻尼器是目前国内外广泛研究的各种耗能器中，构造简单、造价低廉、力学模型明确的一种被动耗能装置，屈服后在反复荷载的作用下仍具有稳定的滞回特性。目前用来制造金属耗能器的材料主要有钢材（软钢和低屈服点钢）、铅和形状记忆合金。软钢和低屈服点钢在进入塑性范围后表现出良好的滞回性能，但是由于地震引起钢材塑性变形，会导致钢材硬化、退化以及阻尼器外形改变，而且每次地震引起的变形不断累积，使得钢材硬化越来越严重，导致结构地震反应与设计严重不符。此外，地震后需要对这些阻尼器进行检查，如果损坏严重，需要及时更换。铅具有高塑性、低刚度以及高阻尼等特点,但铅耗能器的恢复性较差，会污染环境，而且铅会在人体内积累对人体造成损害。形状记忆合金在土木工程领域的研究大都集中在利用其超弹性特性发展结构隔震装置和被动阻尼器方面,但是形状记忆合金一般需要和其他材料或装置一起组成复合阻尼器，结构较复杂，且在地震后需要一定的外界条件（如施加温度）作用才能继续投入使用。

作为一种室温超塑性合金，Zn-22Al合金在室温下就具有非常低的屈服强度( <130MPa )和非常高的延伸率（>200%）。另外，该合金还具有无工作硬化、耐磨性好、减震能力高以及无污染等高性能金属耗能器所需的特性，引起了国内外学者们的广泛关注。国内外的许多学者对该合金的材料性能开展了大量研究，而在Zn-Al合金耗能器的性能方面的研究还不是很多，只有日本学者开展了研究。日本人将Zn-22Al合金作为金属阻尼器的材料,制成了木结构住宅的减振器。其减振器呈中间弯曲的工字型，通过螺栓等方式与木屋柱子连接。在地震作用下，工字型减振器中间弯曲，起到减振作用。这一特点可以在主震中发挥作用，但在余震中作用较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高的初始刚度，在每次大地震中及之后的余震中均能起到良好耗能作用，满足多道设防原则、且对环境无污染的环保型金属耗能器。

实现本发明的技术方案为：本发明采用如下两种技术方案：

方案一：

1）采用铸造工艺制备出弯剪型Zn-Al合金耗能器毛坯；

2）将制备的弯剪型Zn-Al合金耗能器毛坯制备成超细晶Zn-Al室温超塑性合金，进行必要的机械加工，制备出最终成品。

方案二：

1）制备超细晶Zn-Al室温超塑性合金坯料；

2）将坯料采用冲压、挤压塑性成形或者机械加工的方法获得弯剪型Zn-Al

合金耗能器，必要的机械加工后制备出最终成品。

其中制备超细晶的方法可以是水淬、塑性变形，或者两者的结合，其中水淬工艺为300-400℃保温10-30小时，投入水中冷却。

本发明所制备的弯剪型耗能器，其耗能部位为内部的环和两侧的X部分，它们通过连接部分连接，耗能部位与固定部位是平缓过度；其中环的连接部分对称分布，且数量不限。

由于本发明制备的弯剪型耗能器，其X部分受弯，内环受剪，而此构件受弯刚度大于受剪刚度，所以在地震作用下，里面的环先屈服耗能，两侧的X部分后屈服耗能。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1.本发明所用的材料是Zn-22Al合金低屈服应力、低流变能力、高强度、高延展性、无工作硬化、耐磨性好、减震能力高以及无污染等优点；2.本发明在地震作用下，里面的环先屈服耗能，两侧的X行部分后屈服耗能，这一特点不但在主震中能发挥作用，在余震中也能实现耗能，满足多道设防的原则。

下面通过实施例来进一步说明本发明。

附图说明

附图是弯剪型形耗能器的结构示意图。其中1是内环（耗能部分）;2、3、4、5是连接部分；6是X部分（耗能部分）；7是固定部分。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明加以详细描述，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

1）采用砂型铸造制备出弯剪型Zn-Al合金耗能器毛坯；

2）将毛坯在360℃保温20小时后投入水中冷却，获得室温超塑性Zn-Al合金；

3）通过机械加工方法去除多余的部分，获得如图所示的弯剪型Zn-Al合金耗能器。

实施例2

1）将市面上购买的Zn-Al合金板材在350℃保温25小时后投入水中冷却，获得所需的Zn-Al合金板材坯料；

2）采用机械加工的方法将室温超塑性Zn-Al合金板材坯料加工成所需尺寸与形状，获得如图所示的弯剪型Zn-Al合金耗能器。

实施例3

1）将市面上购买的Zn-Al合金板材在300℃保温30小时后投入水中冷却，并在300℃轧制（压下率为50%），获得室温超塑性Zn-Al合金板材坯料；

2）采用冲压的方法将室温超塑性Zn-Al合金板材坯料加工成所需尺寸与形状，获得弯剪型Zn-Al合金耗能器。

实施例4

1）将市面上购买的Zn-Al合金板材在400℃保温10小时后投入水中冷却，获得室温超塑性Zn-Al合金板材坯料；

2）在300℃挤压（挤压比16），挤压出弯剪型Zn-Al合金耗能器，经过校平、机械加工等，获得弯剪型Zn-Al合金耗能器。

Claims

1. 一种弯剪型耗能器，包括耗能部位和固定部位，其特征在于，耗能部位为内部的环[1]和两侧的X部分[6]，它们通过连接部分连接，耗能部位与固定部位[7]是平缓过度。

2. 根据权利要求1所述的弯剪型耗能器，其特征在于，环的连接部分对称分布，且数量不限。

3. 一种弯剪型耗能器的制备方法，其特征在于，先采用铸造工艺制备出弯剪型合金耗能器毛坯，再将制备的弯剪型合金耗能器毛坯制备成超细晶室温超塑性合金，进行机械加工，制备出成品；或者，先制备超细晶室温超塑性合金坯料，再将超细晶室温超塑性合金坯料采用冲压、挤压塑性成形或者机械加工的方法获得弯剪型合金耗能器，进行机械加工后制备出成品。

4.根据权利要求3所述的一种弯剪型耗能器的制备方法，其特征在于，制备超细晶的方法可以是水淬、塑性变形，或者两者的结合。

5. 根据权利要求4所述的一种弯剪型耗能器的制备方法，其特征在于，水淬工艺为300-400℃保温10-30小时，投入水中冷却。

6. 根据权利要求3所述的一种弯剪型耗能器的制备方法，其特征在于，弯剪型耗能器的坯料材料为Zn-22Al合金。