專利名稱：一種形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有熱彈性馬氏體相變的阻尼合金阻尼性能的測試技術領域，特別提供了一種形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法。
背景技術：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展及人類生活水平的提高，機械設備的減震問題和噪聲污染得到了人們的日益關注。具有熱彈性馬氏體相變的形狀記憶合金因其優(yōu)異的形狀記憶特性，良好的力學性能以及高阻尼性能，在建筑、交通、高精密設備及日常生活等領域的減震降噪方面具有巨大的使用價值，因此引起了相關科研人員的注意。利用動態(tài)力學分析儀(DMA)雙懸臂梁模式測試高阻尼形狀記憶合金的阻尼性能時，在熱彈性馬氏體相變階段出現(xiàn)阻尼峰IF，該相變過程的阻尼IF由三部分組成:IF=IFint+IFPT+IFft，其中I Fint是合金的本征阻尼，取決于各相的微觀結構；IFPT是合金的相變阻尼，發(fā)生在相變過程中，由馬氏體-奧氏體相界面的可逆位移產生，與變溫速率無關而與振動頻率和振幅有關是合金相變過程的瞬態(tài)阻尼，發(fā)生在升溫或降溫過程中，由馬氏體-奧氏體相界面的不可逆位移產生，取決于變溫速率、振動頻率和振幅。通過實驗手段分析阻尼值與實驗參數(shù)的對應關系顯得十分重要，特別是阻尼值隨振幅的變化趨勢對工程應用具有實用意義。在相變溫度區(qū)間內，當保持溫度恒定，瞬態(tài)阻尼IFft為零，這時可以得到本征阻尼與相變阻尼之和(IFint+IFPT)隨振幅的變化趨勢，但瞬態(tài)阻尼IFft未能得以體現(xiàn)。人們渴望得到一種技術效果優(yōu)良的針對具有熱彈性馬氏體相變的阻尼合金阻尼性能的測試方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種技術效果優(yōu)良的針對具有熱彈性馬氏體相變的阻尼合金阻尼性能的測試方法。具體說是設計一種具有熱彈性馬氏體相變的阻尼合金在相變溫度范圍內瞬態(tài)阻尼的測試方法。通過選取不同振幅范圍進行測試，消除阻尼值隨時間衰減的影響，得到了一種直觀地反映阻尼合金的瞬態(tài)阻尼與應變振幅對應關系的實驗方法。本發(fā)明一種形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法；其特征在于:使用動態(tài)力學分析儀(DMA)將被測的形狀記憶合金試樣升溫至其相變溫度范圍內的特定溫度，并取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線，然后取出各曲線起始階段的數(shù)據繼續(xù)連線，所得的結果即為合金阻尼(IFint+IFPT+IFft)與應變振幅的關系；
在進行上述操作的基礎上，再減去恒溫一定時間得到的(IFint+IFPT)與應變振幅的對應關系，即可反映出瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅的變化規(guī)律；
本發(fā)明所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法，還要求保護下述優(yōu)選內容:所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法還滿足下述要求:在取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線的過程中，所取的各頻率范圍相互之間為包含或者被包含的關系。所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法還滿足下述要求:在取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線的過程中，所取的不同的應變振幅范圍為逐漸縮小的范圍。所述形狀記憶合金為固溶態(tài)Ti5a !Ni49.9合金及Ti46.!Ni43.4Nb9.0Mol 5合金，測試該合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線的過程中具體滿足下述要求:
1)首先對合金試樣進行預處理以便滿足要求；
2)然后使用該合金所對應的DMA試樣測試阻尼值，固定頻率1Hz，以3°C/min的速率將Ti50.!Ni49.9合金從馬氏體態(tài)升溫至950C (Ti46.!Ni43.4Nb9.0MOl.5合金升溫到30°C )，恒溫30min,振幅范圍為0.5^200 μ m,測試阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)與應變振幅的關系曲線.-^4 ，
3)固定頻率1Hz，以3°C/min的速率將Ti5aPi4i^9合金從馬氏體態(tài)升溫至95 °C(Ti46.1Ni43.4Nb9.0MoL5合金升溫到30°C )，立即針對該合金所對應的DMA試樣測試其阻尼值與應變振幅的關系曲線，所選取的振幅范圍分別依次為:0.5^200 μ m, 2^200 μ πι,Γ200 μ m,6 200 μ m, 8 200 μ m, 10 200 μ m, 20 200 μ m, 40 200 μ m 及 80 200 μ m ；
然后將對應以上不同振幅范圍的阻尼值與應變振幅的關系曲線的各曲線起始點連線，即可得到合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線；
4)然后將步驟2)和3)得到的曲線作差即可對應得到合金阻尼的瞬態(tài)項IFft與應變振幅的關系曲線。對所述形狀記憶合金試樣進行預處理的要求是:磨去氧化皮后用丙酮超聲波清洗15 20分鐘。本發(fā)明的目的是深入分析阻尼合金的阻尼特性，設計一種實驗方法，簡明、直觀地反映出阻尼合金的瞬態(tài)阻尼與應變振幅的對應關系。本發(fā)明的工作原理是:把阻尼合金從馬氏體態(tài)升溫到相變溫度區(qū)間的某一特定溫度并恒溫一定時間再進行應變掃描，即可得到該溫度下馬氏體逆相變過程本征阻尼IFint與相變阻尼IFpt之和(IFint+IFPT)隨應變振幅的變化規(guī)律。而當升溫至同樣的特定溫度但不采取恒溫立即進行應變掃描，那么得到的阻尼值tan δ隨應變振幅的變化受兩方面影響:一是(IFint+IFPT)隨應變振幅的增加趨勢，二是瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅而變化的同時隨著恒溫時間推移而逐漸衰減。這種條件下只有曲線的起始階段真實記錄了相應應變振幅下合金的阻尼(IFint+IFPT+IFft)。那么，只要選取不同的應變振幅范圍進行測試并取出各曲線起始階段的數(shù)據進行連線，得到的結果就反映出合金阻尼(IFint+IFPT+IFft)與應變振幅的關系，這時再減去恒溫一定時間得到的(IFint+IFPT)與應變振幅的對應關系，即可反映出瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅的變化規(guī)律。本發(fā)明的優(yōu)點是測試方法簡單明了，易于實施，測試結果準確，直觀地反映出相變過程中合金阻尼值的瞬態(tài)項與應變振幅的對應關系。


下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
圖1是頻率1Hz，應變振幅0.01%，升溫速率3 °C /min條件下，Ti5aiNi49.9合金在300C 180°C溫度范圍內的內耗-溫度曲線；
圖2是頻率IHz，應變振幅0.01%，升溫速率3 0C /min條件下，Ti46Ji43.Jbi^Moh5合金在-40°C 100°C溫度范圍內的內耗-溫度曲線；
圖3表示3°C /min升溫至95°C時開始保溫，Ti5aiNi4a9合金內耗隨時間的衰減規(guī)律；圖4表示3°C /min升溫至30°C時開始保溫，Ti4aiNi4I4NbuMc^5合金內耗隨時間的衰減規(guī)律；
圖5是Ti5tl.^i49.9合金在95°C恒溫30min及不同應變振幅(即應變幅度)范圍內恒溫Omin得到的阻尼值隨應變振幅的變化；
圖6反映出Ti5aiNi4a9合金的瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅的變化規(guī)律；
圖 是Ti4I1Ni4i4Nb9^Moh5合金在30 O恒溫30min及不同應變振幅范圍內恒溫Omin得到的阻尼值隨應變振幅的變化；
圖8反映出Ti46.^i43.Jb9^Moh5合金的瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅的變化規(guī)律。
具體實施例方式實例 I
利用TA Q800動態(tài)力學分析儀(DMA)雙懸臂梁模式測試Ti5aPi4U (at.%)合金的阻尼性能tan δ值。用電火花線切割切取60 X 10 X Imm3的DMA試樣，磨去表面氧化皮后用丙酮超聲波清洗15 20分鐘分鐘。阻尼性能的測試詳述如下:
1)固定頻率1Hz，在應變振幅0.01%，升溫速率3°C /min條件下進行溫度掃描，得到打5(1.凡49.9合金的內耗-溫度曲線，見圖1。在測試內耗-應變振幅曲線時從圖1中曲線的馬氏體逆相變溫度范圍內選定一個特定溫度，本實驗選定95°C ；
2)為深入分析合金阻尼與應變振幅的關系，應考慮內耗隨時間的衰減而造成的干擾。將試樣以3°C /min的速率從馬氏體態(tài)升溫至95°C進行保溫一定時間，得到此時內耗隨時間的衰減規(guī)律，如圖3所示。保溫30min時，阻尼值趨于穩(wěn)定，反映的是合金阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)；
3)根據前述合金的內耗隨時間衰減規(guī)律，將試樣以3°C/min的速率從馬氏體態(tài)升溫至95°C并保溫30min，在振幅0.5^200 μ m范圍進行應變掃描得到合金阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)隨應變振幅的變化趨勢，圖5中用實心圈表示；
4)將試樣以3°C/min的速率從馬氏體態(tài)升溫至95°C立即進行應變掃描，選取振幅范圍分別為:0.5 200 μ m, 2 200 μ m, 4 200 μ m, 6 200 μ m, 8 200 μ m, 10 200 μ m, 20 200 μ m,4(Γ200μπι及8(Γ200μπι，測試結果用圖5中空心圈表示。這一系列數(shù)據受內耗隨時間衰減以及隨應變振幅變化的共同影響；
5)將圖5中恒溫Omin時內耗-應變振幅曲線的起始點進行連線，得到了消除時間影響的合金阻尼IF與 合金瞬態(tài)阻尼IFft與應變振幅的對應關系，如圖6所示。實例 2利用TA Q800動態(tài)力學分析儀(DMA)雙懸臂梁模式測試Ti46.^in4Nb9JMo1.5 (at.%)合金的阻尼性能tan δ值。用電火花線切割切取60 X 10 X Imm3的DMA試樣，磨去表面氧化皮后用丙酮超聲波清洗15 20分鐘分鐘。阻尼性能的測試詳述如下:
1)固定頻率1Hz，在應變振幅0.01%，升溫速率3°C /min條件下進行溫度掃描，得到Ti46.^i43.Jb9^Moh5合金的內耗-溫度曲線，見圖2。在測試內耗-應變振幅曲線時從圖1中曲線的馬氏體逆相變溫度范圍內選定一個特定溫度，本實驗選定30°C ；
2)為深入分析合金阻尼與應變振幅的關系，應考慮內耗隨時間的衰減而造成的干擾。將試樣以3°C/min的速率從馬氏體態(tài)升溫至30°C進行保溫一定時間，得到此時內耗隨時間的衰減規(guī)律，如圖4所示。保溫30min時，阻尼值趨于穩(wěn)定，反映的是合金阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)；
3)根據前述合金的內耗隨時間衰減規(guī)律，將試樣以3°C/min的速率從馬氏體態(tài)升溫至30°C并保溫30min，在振幅0.5^200 μ m范圍進行應變掃描得到合金阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)隨應變振幅的變化趨勢，圖3中用實心圈表示；
4)將試樣以3°C/min的速率從馬氏體態(tài)升溫至30°C立即進行應變掃描，選取振幅范圍分別為:0.5 200 μ m, 2 200 μ m, 4 200 μ m, 6 200 μ m, 8 200 μ m, 10 200 μ m, 20 200 μ m,4(Γ200μπι及8(Γ200μπι，測試結果用圖7中空心圈表示。這一系列數(shù)據受內耗隨時間衰減以及隨應變振幅變化的共同影響；
5)將恒溫Omin時內耗-應變振幅曲線的起始點進行連線，得到了消除時間影響的合金阻尼IF與應變振幅的關系，此時再減 去合金阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)，即得到合金瞬態(tài)阻尼IFft與應變振幅的對應關系，如圖8所示。采用本實施例所述測試方法進行合金阻尼性能測試，簡單明了，測試結果準確，能直觀地反映出相變過程中合金阻尼值的瞬態(tài)項與應變振幅的對應關系。
權利要求
1.一種形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法；其特征在于:使用動態(tài)力學分析儀(DMA)將被測的形狀記憶合金試樣從馬氏體態(tài)升溫至其相變溫度范圍內的特定溫度，并取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線，然后取出各曲線起始階段的數(shù)據繼續(xù)連線，所得的結果即為合金阻尼(IFint+IFPT+IFft)與應變振幅的關系； 在進行上述操作的基礎上，再減去恒溫一定時間得到的(IFint+IFPT)與應變振幅的對應關系，即可反映出瞬態(tài)阻尼IFft隨應變振幅的變化規(guī)律。
2.按照權利要求1所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法，其特征在于:所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法還滿足下述要求:在取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線的過程中，所取的不同的應變振幅范圍為逐漸縮小的范圍。
3.按照權利要求2所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法，其特征在于:所述形狀記憶合金為固溶態(tài)Ti5tl.!Ni49.9合金及Ti46.!Ni43.4Nb9.ClMo1.5合金，測試該合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線的過程中具體滿足下述要求: O首先對合金試樣進行預處理以便滿足要求； 2)然后使用該合金所對應的DMA試樣測試阻尼值，固定頻率1Hz，以3°C/min的速率將Ti50.!Ni49.9合金從馬氏體態(tài)升溫至950C (Ti46.!Ni43.4Nb9.0MOl.5合金升溫到30°C )，恒溫30min,振幅范圍為0.5-200 μ m,測試阻尼的本征項與相變項之和(IFint+IFPT)與應變振幅的關系曲線.-^4 ， 3)固定頻率1Hz，以3°C/min的速率將Ti5aPi4i^9合金從馬氏體態(tài)升溫至95 °C(Ti46.1Ni43.4Nb9.0MoL5合金升溫到30°C )，立即針對該合金所對應的DMA試樣測試其阻尼值與應變振幅的關系曲線，所選取的振幅范圍分別依次為:0.5-200 μ m，2-200 μ m，4-200 μ m,6-200 μ m, 8-200 μ m, 10-200 μ m, 20-200 μ m, 40-200 μ m 及 80-200 μ m ； 然后將對應以上不同振幅范圍的阻尼值與應變振幅的關系曲線的各曲線起始點連線，即可得到合金阻尼值tan δ與應變振幅的關系曲線； 4)然后將步驟2)和3)得到的曲線作差即可對應得到合金阻尼的瞬態(tài)項IFft與應變振幅的關系曲線。
4.按照權利要求3所述形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法，其特征在于:對所述形狀記憶合金試樣進行預處理的要求是:磨去氧化皮后用丙酮超聲波清洗15-20分鐘。
全文摘要
一種形狀記憶合金瞬態(tài)阻尼的測試方法使用動態(tài)力學分析儀將被測的形狀記憶合金試樣升溫至其相變溫度范圍內，并取不同的應變振幅范圍進行測試合金阻尼值tanδ與應變振幅的關系曲線，然后取出各曲線起始階段的數(shù)據繼續(xù)連線，所得的結果即為合金阻尼(IFint+IFPT+IFTr)與應變振幅的關系；在進行上述操作的基礎上，再減去恒溫一定時間得到的(IFint+IFPT)與應變振幅的對應關系，即可反映出瞬態(tài)阻尼IFTr隨應變振幅的變化規(guī)律。本發(fā)明簡明、直觀地反映出阻尼合金的瞬態(tài)阻尼與應變振幅的對應關系,測試方法簡單明了，易于實施，測試結果準確，直觀地反映出相變過程中合金阻尼值的瞬態(tài)項與應變振幅的對應關系。
文檔編號G01N25/00GK103163172SQ20111042628
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者姜海昌, 曾建敏, 戎利建, 劉樹偉, 胡小鋒, 趙明久, 閆德勝 申請人:中國科學院金屬研究所