CN102154600A

CN102154600A - 一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法

Info

Publication number: CN102154600A
Application number: CN 201110137104
Authority: CN
Inventors: 王敬丰; 凌闯; 潘复生
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102154600B

Abstract

本发明涉及一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法，是将熔铸中锰锰铜合金铸锭热轧成5mm厚锰铜合金板材，矫平后截取试样；将试样放入热处理炉中均匀化处理，即将锰铜合金在830℃~850℃固溶0.5~2h，然后水淬1~2min；再放入热处理炉中加热到150℃~180℃，并在150℃~180℃的炉中保温5min，再次水淬1~2min；循环热处理30次左右，得到具有稳定阻尼性能的中锰锰铜合金。本发明所提供的热处理工艺可有效促进α-Mn的析出，加速锰铜合金的阻尼性能衰退，从而使阻尼性能达到稳定，并且在α-Mn形成的富锰区中生成新的马氏体，富锰区的消失使杂质不再富集在一起，从而使锰铜合金阻尼性能变得更加稳定，同时生成的新马氏体也能提高中锰锰铜合金的阻尼性能。

Description

一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法

技术领域

本发明属于有色金属合金技术领域，具体涉及一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法。

背景技术

Mn-Cu合金是目前研究较成熟的高阻尼合金之一，其突出优点就是阻尼性能高，作为减振降噪材料已经成功运用在潜艇和舰船上。锰铜高阻尼合金按锰含量不同可分为高锰(Mn>70wt.%)锰铜合金和中锰(Mn40wt.%～60wt.%)锰铜合金。高锰锰铜合金虽具有高阻尼性能，但是力学性能和耐蚀性差且工艺性不好，因此需要降低锰含量和添加Ni、Fe、Al等合金元素，靠牺牲一部分阻尼性能，来提高Mn-Cu合金的力学性能和耐蚀性，逐步发展成为Mn-Cu-Al、Mn-Cu-Al-Ni-Fe等中锰锰铜多元高阻尼合金。如Sonoston(成分为Cu37%、Al4.25%、Fe3%、Ni1.5%，余为Mn)和Incramute(45Mn-53Cu-2Al)等早已取得商业应用。其中，Sonoston合金作为潜艇螺旋桨用材料已经取得明显的降噪效果。Incramute合金作为变形热处理材料主要用于制造机架、基座和座脚等承支结构。

虽然锰铜合金的用途很广，但是几乎所有类型的锰铜合金在室温放置过程中，均会表现出阻尼性能延时变劣的情况。阻尼性能相对于锰铜合金来说，是一个重要的力学性能，因此锰铜合金阻尼性能的好坏将直接影响到锰铜合金的使用及其寿命。对锰铜合金的阻尼性能因延时而变劣的原因，目前已取得重要研究的成果，其中本领域内公认的原因是：由于锰铜合金长期放置或者时效过程中，α-Mn相的不断析出会形成富锰区，富锰区会阻碍溶质原子的运动，从而使杂质原子在富锰区附近杂乱排列，这些杂质原子的钉扎作用会阻碍锰铜合金中显微组织的运动，从而使阻尼性能下降。因此，研究人员认为只有消除富锰区或使其转化为马氏体，才能使锰铜合金阻尼性能变得稳定。

现有技术中，最常规的方法是通过添加Er和C来消除锰铜合金中富锰区杂质原子的钉扎，参考文献[1](B.A. Ross, D.C Van Aken. Damping behavior of incramute modified by the addition of erbium to eliminate room temperature aging [J]. Scripta Metallurgica;(USA), 1989, 23(12):2085-2090.)和参考文献[2](Shashi Laddha, D.C Van Aken, Ht Lin. The effect of carbon on the loss of room-temperature damping capacity in copper-manganese alloys [J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 1997, 28(1):105-112.)。但是这种方法随着使用时间的延长阻尼性能又会变得不稳定。因此，目前急需一种能够提高锰铜合金阻尼稳定性的方法，使得锰铜合金的阻尼性能不会随着时间的变化而发生，即使得锰铜合金的阻尼性能保持稳定。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种工艺简单、便于操作能有效提高锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法，解决了现有技术中锰铜合金阻尼性能会随着时间的延长而逐渐变劣的问题，从而使得使合金阻尼性能保持稳定。

本发明的技术方案如下：一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法，其特征在于，

（1）材料准备：将熔铸中锰锰铜合金铸锭热轧成5mm厚锰铜合金板材，矫平后截取试样；

（2）均匀化处理：将经步骤（1）截取的锰铜合金试样放入热处理炉中均匀化处理，所述均匀化处理的工艺为，将锰铜合金在830℃~850℃固溶0.5~2h，然后水淬1~2min；

（3）热处理：将经过步骤（2）处理后的锰铜合金放入热处理炉中加热到150℃~180℃，并在150℃~180℃的炉中保温5min，再次水淬1~2min；循环本步骤30次，得到具有稳定阻尼性能的中锰锰铜合金。

进一步，所述中锰锰铜合金包括成分范围是：Mn 40~60wt.%, Al 3.5~4.5%, Fe 2.5~3.5%，Ni1.5~3%，余量为Cu。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明方法通过对现有的中锰锰铜合金进行热处理，通过循环热处理工艺，促进α-Mn相析出，使合金中产生富锰区，从而提高锰铜合金的阻尼性能，加速锰铜合金阻尼性能的延时变劣，使合金阻尼性能变得稳定，富锰区生成新的马氏体，富锰区的消失使锰铜合金阻尼性能更加稳定，新马氏体会提高锰铜合金的阻尼性能。

（2）本发明通过适当的热循环处理，可以加速锰铜合金阻尼性能的衰退，使锰铜合金的阻尼性能尽快变得稳定，节约合金工程应用调试成本，利于锰铜合金工程应用并提高工程应用的安全性。

（3）本发明方法工艺简单，安全性能高，适用于大规模的工业化生产。

附图说明

图1为热循环10次的试样电子扫描电镜照片。

图2为热循环10次的试样能谱图。

图3为热循环30次的电子扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施例。

将Mn-Cu合金进行提高阻尼稳定性的热处理工艺。中锰Mn-Cu合金的成分见表1.

实施例1：热循环处理30次。

具体热处理的工艺步骤如下：

（1）材料准备：将熔铸合金试制成断面为一定规格的铸锭，将铸锭热轧成5mm厚锰铜合金板材，采用矫直机将板材矫平，并从上述矫平的板材中截取试样，以备进行热处理试验；

（2）均匀化处理：将经步骤（1）截取的锰铜合金试样放入热处理炉中均匀化处理，所述均匀化处理的工艺为将锰铜合金在840℃固溶0.5h，然后水淬1~2min；

（3）热处理：将经过步骤（2）处理后的锰铜合金放入热处理炉中加热到150℃，并在150℃的炉中保温5min，然后水淬1~2min；

（4）第一热循环处理：将步骤（3）的热处理工艺循环进行10次，得到具有稳定阻尼性能的锰铜合金；

（5）第二热循环处理：将经步骤（4）得到的稳定阻尼性能的锰铜合金再按照步骤（3）的热处理工艺循环20次，得到阻尼性能既稳定又优良的锰铜合金。

参见图1和图2，从图1上可以看出热循环10次的试样中沉淀析出第二相，从图2上的能谱图结果可以看出谱图1~4的锰含量为56~86wt.%，说明这种第二相是α-Mn沉淀物，这些沉淀物阻碍了母相和马氏体以及马氏体之间界面的运动，使得锰铜合金的阻尼性能衰退，进而达到稳定状态。由于α-Mn沉淀团与周围基体之间的半共格和错排造成了非弹性应变，样品应力的变化将改变沉淀团周围的局域平衡，导致沉淀团在有些区域产生局域溶解，而在有利于沉淀的另一些区域则长大。随着这些α-Mn沉淀物的不断长大又形成了新的富Mn区域，这些富Mn区会不断产生新的马氏体。

从图3上可以看出，再热循环20次后，试样中出现了细小层片状的孪晶马氏体，这些马氏体孪晶的厚度约为5nm左右，长度不等大小不一，交叉排列，这些孪晶马氏体的产生又使得锰铜合金的阻尼性能得到显著改善，而且这些富锰区生成为马氏体，能使锰铜合金阻尼性能更加稳定。

需要说明的是，均匀化处理中，锰铜合金不限于在840℃固溶0.5h，在830℃~850℃范围内固溶0.5~2h均达到相同的效果。热处理中，不仅限于150℃保温5min，在150℃~180℃保温3~5min，再水淬1~2min；循环进行30次左右，得到阻尼性能既稳定又优良的锰铜合金。具体实施例及效果不再累述。

Claims

1.一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的提高中锰锰铜合金阻尼性能的热处理方法，其特征在于，所述中锰锰铜合金包括成分范围是：Mn 40~60wt.%, Al 3.5~4.5%, Fe 2.5~3.5%,，Ni1.5~3%，余量为Cu。