冷变形时效协同调控Mn-Cu合金强度-阻尼性能的机制研究

针对金属合金强度与阻尼性能难以协同提升的难题，研究人员通过冷轧预变形结合时效处理，在Mn15.4Cu5.4Ni2.4Fe合金中实现屈服强度提升40%而阻尼损耗仅降低10%的突破。研究发现预变形引入的位错独立作用于相分离强化，为高强高阻尼Mn-Cu基合金设计提供新思路。

　　

在机械装备领域，振动与噪声如同隐形的敌人，持续威胁着设备运行精度和使用安全。传统金属材料往往面临"鱼与熊掌不可兼得"的困境——提高强度会牺牲阻尼性能，而增强阻尼能力又会导致材料软化。Mn-Cu合金因其优异的阻尼特性、良好加工性和低成本优势，被视为解决这一难题的理想候选材料。然而，如何打破强度与阻尼性能此消彼长的"魔咒"，成为制约其工程应用的关键瓶颈。

四川大学材料科学与工程学院的研究团队独辟蹊径，通过冷轧预变形与时效处理的组合拳，在Mn_15.4Cu_5.4Ni_2.4Fe合金中实现了强度与阻尼的协同提升。这项突破性研究成果发表在《Materials Science and Engineering: A》上，为开发新一代高性能减振材料提供了理论依据和技术路径。

研究人员采用真空感应熔炼制备合金，通过热锻-热轧-固溶处理制备基准样品。关键技术包括：对部分样品实施40%冷轧预变形；设置435℃时效1-7小时的多组对比实验；采用X射线衍射(XRD)分析相组成，透射电镜(TEM)观察微观结构，动态机械分析(DMA)测试阻尼性能，并结合力学性能测试系统评估强度指标。

【Effects of aging techniques on mechanical properties and damping capacity】

研究发现，直接时效处理的合金屈服强度随时效时间延长而提高，但7小时时效后阻尼性能显著下降。而冷轧预变形样品经相同时效处理后，屈服强度提升40%以上（从179 MPa增至299 MPa），阻尼损耗仅降低不到10%。这种"强而不脆"的特性源于预变形引入的位错与时效过程中自旋分解(spinodal decomposition)产生的相分离强化相互独立作用。

【Contribution of dislocations and spinodal decomposition to yield strength】

通过定量分析发现，冷轧产生的位错密度高达1.2×10¹⁵ m^-2，贡献约120 MPa的强化效果。时效过程中，面心立方(fcc)基体分解为富Mn相和贫Mn相，晶格常数差异达0.8%，产生共格应变强化。两种强化机制互不干扰，形成"1+1>2"的协同效应。

【Conclusions】

该研究揭示了预变形影响Mn-Cu合金性能的微观机制：位错加速自旋分解但抑制马氏体相变；促进α-Mn相长大而削弱孪晶界移动性。创新性地提出"冷变形-时效"协同处理工艺，为开发航空发动机减振叶片、精密仪器隔振平台等关键部件材料提供了新思路。Yanni Luo等研究者证明，通过精确调控位错密度与相分离程度，可突破金属材料强度-阻尼性能的trade-off效应，这一发现对推动功能-结构一体化材料发展具有重要指导意义。