AZ91D镁合金阻尼性能的研究

利用动态机械分析仪(DMA)研究了热处理工艺对商业AZ91D 镁合金阻尼性能的影响规律。研究结果表明：热处理对AZ91D 镁合金的阻尼性能有较明显的影响。时效处理态AZ91D 镁合金的临界脱钉应变振幅小于固溶处理态。当应变振幅大于临界应变振幅，合金的阻尼值迅速升高。随着测试温度的升高，合金的阻尼值升高，在临界温度之前以位错阻尼机制为主，当温度超过临界温度则以晶界滑动为主要阻尼机制。
关键词：热处理工艺；AZ91D 镁合金；阻尼性能

镁在自然界中储量丰富，具有高的导热导电性、
电磁屏蔽性、无磁性和无毒性等特点[1]，是具有高阻
尼性能和低密度的工程结构材料。研究表明，纯镁、
Mg-0.6Zr、Mg-Ni等合金具有优异的阻尼性能[2,3]，当
外加应力达到铸态纯镁屈服强度的十分之一时，其比
阻尼SDC达到60%，远高于高阻尼金属(SDC>10%)
的标准。但由于纯镁机械性能的不足，大大限制了它
的应用范围。AZ91D镁合金具有优于纯镁的高比强度
和高比刚度，是目前应用最为广泛的铸造镁合金。研
究AZ91D镁合金阻尼性能并分析其阻尼机理具有更
大的实际应用意义。
2 材料及试验方法
本文选用的试验材料为AZ91D 镁合金，化学成
分为9.3%Al，0.7%Zn，0.23%Mn 及微量Si，Cu，Ni，
Fe。固溶处理工艺为：加热到415℃保温24h，水冷。
将固溶处理的试样取出部分进行人工时效处理，时效
温度为150℃，时效时间分别为20h 和40h，水冷。
阻尼测试是在动态机械分析仪(DMA)上进行的。
试样测试部分的尺寸为16.5mm×10mm×1mm。测试
模式为单悬臂梁。阻尼-应变谱试验中，应变振幅范
围是8×10-6~8×10-4，振动频率为1Hz。阻尼-温度谱
测试中,测试温度范围为30~400℃，升温速率为5℃
/min，振动频率为1Hz，应变振幅为4×10-5。按照材
料阻尼性能评估方法[4]，阻尼采用应力-应变滞后角
Q-1=tan_delta表示。
3 试验结果及分析
3.1 AZ91D 镁合金阻尼-应变振幅测试结果
图1 为不同热处理状态AZ91D镁合金阻尼性能随外加应变振幅变化的曲线。可以看出，AZ91D镁合金的阻尼-应变振幅谱分为与应变振幅无关和强烈依赖于应变振幅的两个阶段，两个阶段的转折点对应的应变振幅为临界应变振幅。当应变振幅较低时，固溶处理和时效处理态AZ91D镁合金的阻尼值基本相等，约为1×10-3；时效40h、时效20h和固溶处理态AZ91D镁合金的临界应变振幅分别为5×10-5 、7×10-5 和8×10-5；大于临界应变振幅后，合金的阻尼值开始迅速升高，但固溶处理态合金升高速度最快。