TwinDamp™: Poprawa zdolności tłumienia manganu i miedzi

Podczas projektowania wkładki diamentowej do naszej stopki Carbide Base staraliśmy się wykorzystać stop metalu o wysokim współczynniku tłumienia, aby poprawić wydajność izolacji. Dzięki badaniom i testom opracowaliśmy TwinDamp™ – poddany obróbce termicznej dwukrystaliczny stop manganowo-miedziowy o wyjątkowych właściwościach tłumiących w zakresie od 0,01 Hz do 10 MHz.

Gdy stopy manganowo-miedziowe są poddawane wibracjom, odkształcenie spowodowane ruchem bliźniaków martenzytu lub wzajemnym ruchem między granicami bliźniaków a granicami faz martenzytycznych rozluźnia naprężenia i rozprasza energię wibracji[1]. Innymi słowy, niewielkie ruchy między granicami materiału pozwalają mu skutecznie rozpraszać wibracje poprzez przekształcanie ich w ciepło.

Stopy manganu i miedzi są jednymi z najlepiej tłumiących stopów metali, a ich zdolność tłumienia jest ponad 10 razy większa niż miedzi[2]. Chociaż zdolność tłumienia tych stopów jest znacznie mniejsza niż elastomerów wykorzystywanych w naszym ViscoRing™, mają one tę wyraźną zaletę, że jako sztywny metal lepiej zachowują swój kształt pod obciążeniem.

Włączenie TwinDamp™ do wkładki diamentowej

Sztywność TwinDamp™ pozwoliła nam zastosować go w obszarach wkładki Diamond Insert, w których elastomer nie byłby wystarczająco sztywny.

Trzy podkładki wykonane z materiału TwinDamp™ zostały umieszczone nad pokrytymi diamentem ceramicznymi pierścieniami łożyskowymi zastosowanymi wewnątrz izolatora. Podkładki zostały rozmieszczone w taki sposób, aby były połączone szeregowo ze ścieżką przenoszenia drgań przez urządzenie. Innymi słowy, wibracje muszą przechodzić przez podkładki, aby przedostać się z jednej strony stopki na drugą. Taka konfiguracja dodatkowo poprawia ogólną wydajność tłumienia stopki.

Górny środkowy gwintowany otwór na śrubie zakleszczającej został również zastąpiony wkładką wykonaną z TwinDamp™. Miało to na celu zapewnienie wysoce wytłumionego interfejsu, z którym styka się końcówka kolca, jeśli stopki są umieszczone bezpośrednio pod głośnikami z kolcami podłogowymi. Wkładka zapewnia również dodatkowe tłumienie, jeśli stopki są montowane za pomocą dostarczonych śrub.

Opcjonalnie dostępne są kolce TwinDamp™, które poprawiają tłumienie drgań wchodzących i wychodzących z dolnej części stopki, gdy trzy kolce są skierowane w dół. Pojedynczy kolec może być również użyty do zapewnienia wysoce wytłumionego interfejsu do spodu sprzętu, gdy jest skierowany w górę od górnej środkowej części stopki.

Stop TwinDamp™

Poprawa właściwości manganu i miedzi dzięki obróbce termicznej

Wiadomo, że stopy manganu i miedzi są wrażliwe na obróbkę termiczną. Długotrwała ekspozycja na wysokie temperatury, znana również jako starzenie się metalu, może początkowo poprawić właściwości tłumiące i wytrzymałościowe tych stopów. Jest to spowodowane wzmocnieniem obszarów bogatych w mangan w materiale. Nadmierne starzenie może jednak zacząć pogarszać zdolność tłumienia, dlatego dla uzyskania optymalnych rezultatów konieczna jest zrównoważona temperatura i czas trwania obróbki[3].

Stopniowa ekspozycja na temperatury kriogeniczne może również wzmocnić strukturę krystaliczną metali. Ten kriogeniczny proces odpuszczania może nadać stopom manganowo-miedzianym pożądane ulepszenia dźwiękowe.

Dzięki eksperymentom opracowaliśmy skuteczny proces obróbki temperaturowej stosowanego przez nas stopu manganu i miedzi. Nasz odrębny proces obejmuje wiele etapów zarówno gorących, jak i zimnych zabiegów. Obróbka jest wykonywana w ciągu dwóch dni w celu poprawy tłumienia i wydajności dźwiękowej tego stopu.

1100° C Piec

Zamrażarka kriogeniczna

Pomiar tłumienia drgań

Porównanie TwinDamp™, miedzi manganowej i stali nierdzewnej

W celu ilościowego określenia skuteczności tłumienia drgań przez TwinDamp™ przeprowadziliśmy eksperyment. Trzy zestawy po trzy kolce wykonane ze stali nierdzewnej, manganowo-miedzianej i TwinDamp™ zostały oddzielnie wkręcone bezpośrednio w stalową płytę. Na płycie umieszczono obciążnik o wadze 3,6 kg (8 funtów), aby zasymulować wagę sprzętu. Płytka została następnie umieszczona z trzema kolcami skierowanymi w dół na górze uszczelnionego 18-calowego subwoofera. Do płytki przymocowano czujniki akcelerometru. Sygnał sinusoidalny o częstotliwości od 15 Hz do 200 Hz był następnie odtwarzany przez subwoofer w celu pomiaru tłumienia zapewnianego przez każdy zestaw skoków.

Pomiary stali nierdzewnej pokazano na czerwono, manganu i miedzi na zielono, a TwinDamp™ na niebiesko.

Amplituda drgań dla wszystkich skoków

Wodospad ze stali nierdzewnej

Wodospad manganowo-miedziany

Wodospad TwinDamp™

Wniosek

Kolce manganowo-miedziane zapewniły subtelną, ale mierzalną poprawę tłumienia drgań w porównaniu do kolców ze stali nierdzewnej. Kolce TwinDamp™ zapewniły jeszcze lepsze tłumienie niż manganowo-miedziane, potwierdzając skuteczność naszego procesu obróbki termicznej. Poprawa była najbardziej znacząca w okolicach rezonansu obudowy subwoofera przy 80 Hz. Zarówno manganowo-miedziany, jak i TwinDamp™ wykazały również zwiększoną zdolność tłumienia, o czym świadczy wygładzenie śladów amplitudy drgań i szybszy zanik drgań na wykresach wodospadowych.

Referencje

[1] Lu F-S, Wu B, Zhang J-F, Li P i Zhao D-L 2016 Mikrostruktura i właściwości tłumiące stopu MnCuNiFeCe Rare Met. 35 615-9

[2] Zhang, J., Perez, R. J., and Lavernia, E. J., “Documentation of damping capacity of metallic, ceramic and metal-matrix composite materials”, Journal of Materials Science, Vol. 28, nr 9, s. 2395-2404, 1993. doi:10.1007/BF01151671

[3] Ke, T. S., Wang, L. T., & Yi, H. C. (1987). Tarcie wewnętrzne w stopach mangan-miedź i mangan-miedź-aluminium. Le Journal de Physique Colloques, 48(C8), C8-559.