TwinDamp™: Улучшение демпфирующей способности марганца и меди

При разработке алмазной вставки для наших опор Carbide Base мы стремились использовать металлический сплав с высоким уровнем демпфирования для улучшения изоляционных характеристик. В результате исследований и испытаний мы разработали TwinDamp™ — обработанный температурой марганцево-медный двухкристальный металлический сплав с исключительными демпфирующими свойствами в диапазоне от 0,01 Гц до 10 МГц.

Когда марганцево-медные сплавы подвергаются вибрации, деформация, вызванная движением мартенситных двойников или взаимным движением между границами двойников и границами мартенситной фазы, ослабляет напряжение и рассеивает энергию вибрации[1]. Другими словами, небольшие перемещения между границами внутри материала позволяют ему эффективно рассеивать вибрации путем преобразования в тепло.

Сплавы марганца с медью — одни из самых высокодемпфирующих металлических сплавов, демпфирующая способность которых более чем в 10 раз выше, чем у меди[2]. Хотя демпфирующая способность этих сплавов гораздо меньше, чем у эластомеров, используемых в нашей продукции. ViscoRing™Они обладают тем преимуществом, что, будучи жестким металлом, лучше сохраняют свою форму под нагрузкой.

Включение TwinDamp™ в алмазную вставку

Жесткость TwinDamp™ позволила нам использовать его в тех местах вставки Diamond Insert, где эластомер не был бы достаточно жестким.

Три прокладки, изготовленные из TwinDamp™, были установлены над керамическими подшипниками с алмазным покрытием, используемыми внутри изолятора. Прокладки были расположены таким образом, что они последовательно проходят через устройство для передачи вибраций. Другими словами, вибрации должны пройти через прокладки, чтобы перейти с одной стороны изолятора на другую. Такая конфигурация дополнительно улучшает общие характеристики демпфирования подножки.

Верхнее центральное резьбовое отверстие на зажимном болте было также заменено вставкой из TwinDamp™. Это сделано для того, чтобы обеспечить высокодемпфированный интерфейс для контакта с наконечником шипа, если футеры будут установлены непосредственно под колонками с напольными шипами. Вставка также обеспечивает дополнительное демпфирование при установке опор с помощью прилагаемых болтов.

TwinDamp™ Шипы могут быть дополнительно установлены для улучшения демпфирования вибраций внутри и снаружи нижней части подножки, когда три шипа направлены вниз. Один шип также может быть использован для обеспечения высокодемпфированного контакта с нижней частью оборудования, когда он направлен вверх от верхней центральной части подножки.

TwinDamp™ Сплав

Улучшение качества марганца и меди с помощью температурной обработки

Известно, что марганцево-медные сплавы чувствительны к температурной обработке. Длительное воздействие высоких температур, также известное как старение металла, может первоначально улучшить демпфирующие и прочностные свойства этих сплавов. Это связано с увеличением количества богатых марганцем областей в материале. Однако чрезмерное старение может привести к снижению демпфирующей способности, поэтому для достижения оптимальных результатов необходимо сбалансировать температуру и продолжительность обработки[3].

Постепенное воздействие криогенных температур также может улучшить кристаллическую структуру металлов. Этот процесс криогенного отпуска может придать желаемые звуковые улучшения марганцево-медным сплавам.

Путем экспериментов мы разработали эффективный процесс температурной обработки используемого нами марганцево-медного сплава. Наш особый процесс включает в себя несколько этапов горячей и холодной обработки. Обработка проводится в течение двух дней, чтобы улучшить демпфирующие и звуковые характеристики этого сплава.

1100° C Печь

Криогенный морозильник

Измерение ослабления вибрации

Сравнение TwinDamp™, марганцево-медной и нержавеющей стали

Чтобы количественно оценить эффективность демпфирования вибраций TwinDamp™, мы провели эксперимент. Три набора из трех шипов, изготовленных из нержавеющей стали, марганцево-медных и TwinDamp™ были отдельно ввинчены непосредственно в стальную пластину. Сверху на пластину был положен груз весом 3,6 кг (8 фунтов), чтобы имитировать вес оборудования. Затем пластина была помещена с тремя шипами, направленными вниз, на верхнюю часть герметичного 18-дюймового сабвуфера. К пластине были прикреплены акселерометрические датчики. Затем через сабвуфер был подан синусоидальный сигнал с разверткой от 15 до 200 Гц, чтобы измерить ослабление, обеспечиваемое каждым набором шипов.

Измерения нержавеющей стали показаны красным цветом, марганцево-медной — зеленым, а TwinDamp™ — синим.

Амплитуда колебаний для всех шипов

Водопад из нержавеющей стали

Водопад из марганца и меди

TwinDamp™ Водопад

Заключение

Шипы из марганцево-медной меди обеспечили едва заметное, но измеримое улучшение в ослаблении вибрации по сравнению с шипами из нержавеющей стали. Шипы TwinDamp™ обеспечили даже большее затухание, чем марганцево-медные, что подтверждает эффективность нашего процесса температурной обработки. Улучшения были наиболее значительными в районе резонанса корпуса сабвуфера на частоте 80 Гц. И марганцево-медные, и TwinDamp™ также продемонстрировали повышенную демпфирующую способность, о чем свидетельствует сглаживание следов амплитуды вибрации и более быстрое затухание вибрации на графиках водопада.

Ссылки

[1] Lu F-S, Wu B, Zhang J-F, Li P and Zhao D-L 2016 Микроструктура и демпфирующие свойства сплава MnCuNiFeCe Rare Met. 35 615-9

[2] Чжан, Дж., Перес, Р. Дж., и Лаверния, Э. Дж., «Документальное подтверждение демпфирующей способности металлических, керамических и металломатричных композиционных материалов», Журнал материаловедения, том 28, № 9, стр. 2395-2404, 1993. doi:10.1007/BF01151671

[3] Ke, T. S., Wang, L. T., & Yi, H. C. (1987). Внутреннее трение в сплавах марганец-медь и марганец-медь-алюминий. Le Journal de Physique Colloques, 48(C8), C8-559.