Microstructure, internal friction and impact-induced acoustic response of newly developed alloyed steels

Р.Ж.  Абуова; Г.А.  Буршукова; Е.С.  Меркибаев

doi:10.51301/ejsu.2026.i5.03

Авторы

Р.Ж. Абуова Международная образовательная корпорация, Казахстан
Г.А. Буршукова Международная образовательная корпорация, Казахстан
Е.С. Меркибаев Международная образовательная корпорация, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2026.i5.03

Ключевые слова:

легированная сталь, внутреннее трение, ударный шум, виброгашение, микроструктура, модуль упругости, удельное электрическое сопротивление, акустическая эмиссия

Аннотация

В данном исследовании оцениваются взаимосвязи между диссипацией механической энергии, упругой жесткостью, электрическим сопротивлением, микроструктурной неоднородностью и звуковым излучением при ударном воздействии для трех новых видов легированной стали (XSM-1, XSM-2 и XSM-3). В качестве эталонных материалов использовались стандартные углеродистые стали марок Ст.10, Ст.20 и Ст.45. Образцы в форме пластин (50×50×5 мм) подвергались испытаниям на удар стальным шариком; при этом регистрировались переходные осциллограммы в окне наблюдения длительностью 2 мс. Дополнительные данные были получены в ходе измерений крутильных колебаний и уровня звука, а также при проведении металлографических исследований. Сталь XSM-1 продемонстрировала наибольшее внутреннее трение (21.22×10^–4) и наименьший уровень звука по шкале А (72 дБА), тогда как для эталонных сталей эти показатели составили 9.11-10.565×10^–4 и 84-89 дБА соответственно. Для сталей XSM-2 и XSM-3 уровни звука составили 77 дБА и 87 дБА, несмотря на относительно высокое внутреннее трение в обоих случаях. Коэффициент корреляции Пирсона между внутренним трением и уровнем звука для всех шести исследованных материалов составил приблизительно −0.70, в то время как значения модуля упругости не обнаружили четкой монотонной зависимости. Микрофотографии стали XSM-3 указывают на структурную неоднородность, однако не позволяют однозначно идентифицировать фазовый состав. Результаты показывают, что внутреннее демпфирование материала играет важную роль, но его одного недостаточно для прогнозирования шума при ударе; необходимо учитывать совокупность факторов: модальный отклик, микроструктуру и условия проведения испытаний. В рамках данного сравнительного исследования сталь XSM-1 выделена как наиболее перспективный вариант; также определен перечень измерений, необходимых для независимой проверки полученных результатов.

Библиографические ссылки

Yan, N., Geng, D., & Wei, B. (2022). Damping performance and martensitic transformation of rapidly solidified Fe-17%Mn alloy. Journal of Materials Science & Technology, 117, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.10.042

He, W., Qiu, H., Zeng, X., Wang, Y., Luo, Y., Fu, Y., Peng, H., & Wen, Y. (2024). Damping capacity in cast FeMn binary alloys. Journal of Alloys and Compounds, 1008, 176513. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176513

Xie, X.G., Chen, J., & Cao, G.M. (2025). 800 MPa Fe–Mn alloy with expected damping capacity by coupling grain refine-ment and ε-martensite introduction. Journal of Iron and Steel Research International, 32, 2504-2511. https://doi.org/10.1007/s42243-024-01392-2

He, W., Wang, Y., Yuan, Y., Luo, Y., Peng, H., & Wen, Y. (2024). Comparison of microstructure, damping capacity, and mechanical properties of cast and deformation processed Fe17Mn alloys. Materials Today Communications, 39, 108972. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108972

He, W., Yuan, Y., Yan, J., Huang, Y., Peng, H., & Wen, Y. (2024). High-strength corrosion-resistant FeMnCr-based com-posite damping alloys fabricated by vacuum annealing. Journal of Alloys and Compounds, 977, 173345. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173345

Zuo, S., Xiao, F., & Fukuda, T. (2019). Orientation dependence of damping behavior in a Mn–Cu shape memory alloy. Scripta Materialia, 170, 95-98. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.05.042

Song, Y., Jin, M., Han, X., Wang, X., Chen, P., & Jin, X. (2021). Microstructural origin of ultrahigh damping capacity in Ni50.8Ti49.2 alloy containing nanodomains induced by insuffi-cient annealing and low-temperature aging. Acta Materialia, 205, 116541. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116541

Zhao, C., Wang, F., Li, J., Zeng, J., Dong, S., Wang, F., Jin, L., & Dong, J. (2024). Probing the varying ranges of damping ca-pacity of magnesium alloys containing long-period stacking or-dered phases. Scripta Materialia, 240, 115845. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115845

Zhang, Q., Xiong, W., Zhu, X., Chen, Z., Cui, M., Tian, Q., Zhu, X., & Xu, Y. (2025). Coordinating the damping mecha-nisms of FeMnCrCo high-entropy alloys by regulating the stacking fault energy and lattice distortion. Materials Science and Engineering: A, 948, 149334. https://doi.org/10.1016/j.msea.2025.149334

He, W., Wang, F., Lu, J., Wang, Y., Fu, Y., Peng, H., & Wen, Y. (2025). Dependence of microstructure evolution and mechan-ical properties on Mn contents in cast Fe(15–21)Mn damping al-loys. Materials Characterization, 228, 115417. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2025.115417

Yuan, X., Li, X., & Chen, L. (2026). Timing and level of cold deformation influence on microstructural evolution and damping properties of a Fe-17Mn quenched steel. Materials Letters, 403, 139429. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.139429

Xiao, Y., Yan, J., Li, N., Li, R., Wang, L., Wu, Q., Peng, H., Wen, Y., Sang, L., Zhang, Y., & Zhou, Y. (2026). Mechanical and damping properties of selective laser-melted Fe–Mn damp-ing alloy. Advanced Engineering Materials, 28(6), e202502737. https://doi.org/10.1002/adem.202502737

Ma, C., Huang, K., Wang, C., Liu, C., Liu, Z., & Chen, Z. (2025). Research progress on additive manufacturing of Mn–Cu damping alloys. Journal of Alloys and Compounds, 1034, 181329. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181329

National Institute for Occupational Safety and Health. (1998). Criteria for a recommended standard: Occupational noise expo-sure (Revised criteria 1998) (DHHS (NIOSH) Publication No. 98-126). https://www.cdc.gov/niosh/docs/98-126/