超塑性zn-22al合金低周疲劳性能探究和开发

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1、超塑性Zn-22Al合金低周疲劳性能探究和开发　　摘要：针对Zn-22Al合金在低周循环下的疲劳问题，本文对轧制工艺下不同压下率（40%、50%、60%）的Zn-22Al合金进行了低周疲劳试验研究。试验结果表明，60%压下率下的Zn-22Al合金表现出良好的低周疲劳性能。这也从另一方面证明了Zn-22Al合金具有良好的耗能减震性能，是制作阻尼器的良好材料。关键词：Zn-22Al合金低周疲劳阻尼器ResearchandDevelopmentofLowCycleBehaviorPropertiesofSuperplasticZn-22AlAlloyA

2、bstract：ThispaperfocusesonthelowcyclefatiguepropertiesofZn-22Alalloyunderdifferentreductionratio（40%、50%、60%）.Theresultsshowedthereductionratioof60%oftheZn-22Alalloyhadbetterlow-cyclefatigueproperties.Ontheotherhand，itprovedZn-22Alalloyhadgoodenergydissipationperformance.Soit

3、isagoodmaterialformakingdampers.Keywords:Zn-22Alalloy;Lowcyclefatigue;Dampers7中图分类号：F407.4文献标识码：A引言地震给人类的生命和财产造成了巨大的损害。随着现代建筑技术的发展，耗能减震技术已经成为一种发展趋势，研究的重心大部分集中在隔离器和抗震阻尼器上，旨在减少在地震中建筑物的振动，从而防止伤害。金属阻尼器是通过往复塑性变形的方式耗散输入结构的地震能量[1]，因此，阻尼材料在往复循环下的耗能性能及疲劳寿命就显得尤为重要。目前，用于制作阻尼器的材料主要有低屈服点钢

4、，镁合金以及铅等，大量实践表明[2-3]，这些材料的耗能器都或多或少的存在一些问题：如低屈服点钢每次地震发生后需要进行检查和更换，由于地震作用会导致低屈服点工作硬化和性能恶化，镁合金强度不足以及铅是对人体健康有害等。这些问题似的耗能器的耗能降低。在这样的背景下，Zn-22Al合金以其具有的低变形应力，无加工硬化，高延展性[4-5]、价格便宜等优点引起了人们的广泛关注。此外，作为阻尼装置，此类组件受到循环应力（应变）的作用，由于地震中是产生交变的应力或应变。因此，低周疲劳可以视为为主要破坏模式。一般强震的持续时间在一分钟以内，频率在1-3Hz之间，

5、在这种情况下，疲劳循环的周次在100—200次建筑破坏，这属于高应变低周疲劳。本文旨在研究超塑性Zn-22Al合金的力学性能和疲劳性能，看它是否满足阻尼器的要求。71力学性能超塑性Zn-22Al合金是由Zn和Al两种元素组成，其中Al的质量分数为22%，还有极其微量的C和O。试验所用的试件是经过一系列的加工过程所得到，其中包括坯料的热处理，轧制，切割和试样的打磨，最后得到如图1.1所示的试件。试件分为1#，2#，3#，他们的轧制工艺有所区别，1#下压率为40%，2#为50%，3#为60%，然后通过拉伸试验比较这三组试样的拉伸性能，其中每组7个试件

6、。a）实物图b）示意图图1.1加工后试件实物图和示意图拉伸试验是用的长春机械厂生产的万能试验机，试验前在试件表面黏贴应变片，用电阻应变仪测试件表面在弹性阶段的横向应变和纵向应变，最后算出泊松比。通过拉伸试验得到三种轧制工艺下试件的一些力学参数。试验得到在加载速度为2.88mm/min下，不同下压率Zn-22Al合金的应力应变曲线如下图1.2。通过图可以发现下压率越大其延伸率越大，但其强度反而降低。1#试件延伸率最小，极限强度最大，而3#试件正好相反。图1.2应力—应变曲线7除了应力-应变曲线可反应材料的基本力学性能外，延伸性也是很重要的一方面。延

7、伸率是衡量材料塑性性能的一个重要指标，它可以通过断前断后的长度来计算，最后算出三者的延伸率。泊松比和弹性模量在试验过程也可以测出。因此可以把三者的一些力学性能数据归总到下表1.1。表1.1三种加工工艺下的力学性能力学性能屈服强度（Mpa）延伸率（%）泊松比弹性模量1#16835.50.374.52#162600.3271.43#1481230.3158.62低周疲劳试验试验用的是由瑞士W+b公司生产的电液伺服疲劳试验机。试验采用应变控制，分别在应变幅为2.5%（总应变幅为5%）1.2%，1.0%，0.8%，振幅频率为1Hz，在室温条件下，比较三种

8、加工工艺的疲劳寿命。并与低屈服点钢作比较。具体数据见下表1.2表1.2不同应变幅下各试样疲劳寿命下压率试件2.50%1.20%1.00%