TwinDamp™: Mejora de la capacidad de amortiguación del manganeso-cobre

TwinDamp™: Mejora de la capacidad de amortiguación del manganeso-cobre

 

Al diseñar el inserto de diamante para nuestro pie de base de carburo, buscamos utilizar una aleación metálica de alta amortiguación para mejorar el rendimiento del aislamiento. A través de la investigación y las pruebas desarrollamos TwinDamp™ – una aleación metálica de doble cristal de manganeso-cobre tratada a temperatura con excepcionales propiedades de amortiguación de 0,01 Hz a 10 MHz .

 

Cuando las aleaciones de manganeso-cobre se someten a vibraciones, la deformación causada por el movimiento de las maclas de martensita o por el movimiento mutuo entre los límites de las maclas y los límites de la fase martensítica relaja la tensión y disipa la energía de vibración[1]. En otras palabras, los pequeños movimientos entre los límites del material le permiten disipar eficazmente las vibraciones mediante su conversión en calor.

 

Las aleaciones de manganeso-cobre se encuentran entre las aleaciones metálicas con mayor amortiguación que existen, con una capacidad de amortiguación más de 10 veces superior a la del cobre[2]. Aunque la capacidad de amortiguación de estas aleaciones es mucho menor que la de los elastómeros utilizados en nuestros ViscoRing™, tienen la clara ventaja de que, al ser un metal rígido, mantienen mejor su forma bajo carga.

Incorporación de TwinDamp™ en el inserto de diamante

La rigidez de TwinDamp™ nos permitió incorporarlo en zonas del inserto Diamond en las que un elastómero no sería suficientemente rígido.

 

Se incorporaron tres almohadillas fabricadas con TwinDamp™ sobre las pistas de rodamiento cerámicas recubiertas de diamante utilizadas en el interior del aislador. Las almohadillas se dispusieron de forma que estuvieran en serie con la trayectoria de transmisión de la vibración a través del dispositivo. En otras palabras, las vibraciones deben atravesar las almohadillas para pasar de un lado a otro de la zapata. Esta configuración mejora aún más el rendimiento general de amortiguación del pie de apoyo.

 

El orificio roscado central superior del perno de atasco también se sustituyó por un inserto de TwinDamp™. Con ello se pretendía proporcionar una interfaz muy amortiguada para que la punta de una púa hiciera contacto si los pies se colocaban directamente debajo de los altavoces con púas de suelo. El inserto también proporciona una amortiguación adicional si los pies se montan utilizando los pernos suministrados.

 

Los picos TwinDamp™ están disponibles opcionalmente para mejorar la amortiguación de las vibraciones dentro y fuera de la parte inferior de la zapata cuando tres picos apuntan hacia abajo. También se puede utilizar un solo pincho para proporcionar una interfaz muy amortiguada a la parte inferior del equipo cuando se apunta hacia arriba desde el centro superior del pie.

Aleación TwinDamp™.

Mejora del manganeso-cobre con tratamientos de temperatura

Se sabe que las aleaciones de manganeso-cobre son sensibles a los tratamientos de temperatura. La exposición sostenida a altas temperaturas, también conocida como envejecimiento del metal, puede mejorar inicialmente las propiedades de amortiguación y resistencia de estas aleaciones. Esto se debe al aumento de las regiones ricas en manganeso dentro del material. Sin embargo, un envejecimiento excesivo puede empezar a comprometer la capacidad de amortiguación, por lo que es necesario equilibrar la temperatura y la duración del tratamiento para obtener resultados óptimos[3].

 

Una exposición gradual a temperaturas criogénicas también puede mejorar la estructura cristalina dentro de los metales. Este proceso de templado criogénico puede aportar mejoras sónicas deseables a las aleaciones de manganeso-cobre.

 

Mediante la experimentación desarrollamos un proceso eficaz de tratamiento térmico para la aleación de manganeso y cobre que utilizamos. Nuestro proceso diferenciado implica múltiples etapas de tratamientos tanto en frío como en caliente. Los tratamientos se realizan durante un periodo de dos días para mejorar la amortiguación y el rendimiento sónico de esta aleación.

1100° C Horno
Congelador criogénico
Medición de la atenuación de las vibraciones

Comparación de TwinDamp™, manganeso-cobre y acero inoxidable

Para cuantificar el rendimiento de amortiguación de vibraciones de TwinDamp™ realizamos un experimento. Tres juegos de tres pinchos de acero inoxidable, manganeso-cobre y TwinDamp™ se enroscaron por separado directamente en una placa de acero. Se colocó un peso de 3,6 kg (8 libras) encima de la placa para simular el peso del equipo. A continuación, se colocó la placa con las tres púas apuntando hacia abajo encima de un subwoofer sellado de 18 pulgadas. Los sensores del acelerómetro se fijaron a la placa. A continuación, se reprodujo una señal sinusoidal de barrido logarítmico de 15 Hz a 200 Hz a través del subwoofer para medir la atenuación proporcionada por cada conjunto de picos.

 

Las medidas de acero inoxidable se muestran en rojo, las de manganeso-cobre en verde y las de TwinDamp™ en azul.

Amplitud de vibración para todos los picos
Cascada de acero inoxidable
Cascada de manganeso-cobre
TwinDamp™ Cascada

Conclusión

Los picos de manganeso-cobre proporcionaron una mejora sutil pero apreciable en la atenuación de las vibraciones en comparación con los picos de acero inoxidable. Los picos TwinDamp™ proporcionaron incluso más atenuación que el manganeso-cobre validando la eficacia de nuestro proceso de tratamiento de la temperatura. Las mejoras fueron más significativas en torno a la resonancia de la caja del subwoofer a 80 Hz. Tanto el manganeso-cobre como el TwinDamp™ también mostraron una mayor capacidad de amortiguación, como lo demuestra el suavizado de las trazas de amplitud de las vibraciones y un decaimiento más rápido de las vibraciones en los gráficos de cascada.

Referencias

[1] Lu F-S, Wu B, Zhang J-F, Li P y Zhao D-L 2016 Microestructura y propiedades amortiguadoras de la aleación MnCuNiFeCe Rare Met. 35 615-9

 

[2] Zhang, J., Pérez, R. J., y Lavernia, E. J., “Documentación de la capacidad de amortiguación de materiales compuestos metálicos, cerámicos y de matriz metálica”, Journal of Materials Science, vol. I, p. 1. 28, nº 9, pp. 2395-2404, 1993. doi:10.1007/BF01151671

 

[3] Ke, T. S., Wang, L. T., & Yi, H. C. (1987). Fricción interna en aleaciones de manganeso-cobre y manganeso-cobre-aluminio. Le Journal de Physique Colloques, 48(C8), C8-559.