CN102220527A - 一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法，通过对挤压态Mg-Cu-Mn系合金施行热处理工艺，消除合金在挤压过程中形成的位错缠结；随后，通过采用变形比较均匀的反复弯曲变形，在挤压态Mg-Cu-Mn系合金中引入高密度平直位错，合理改变合金位错组态，从而提高了挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼的性能。本发明针对传统的提高材料阻尼性能方法单一的情况，结合挤压态Mg-Cu-Mn系合金的性能特点，采用工艺简单、成本低廉的变形工艺和热处理方法，进一步改善了挤压态Mg-Cu-Mn系合金的阻尼性能，为材料阻尼性能的研究工作提供了一种新的思路。

Description

一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高合金阻尼性能的工艺方法，采用热处理与变形工艺相结合的思路与方法，具体涉及提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的处理工艺。

背景技术

随着现代工业及交通运输的发展，由振动引起的噪声污染已成为严重的环境问题之一。高阻尼材料的应用与开发是有效减少噪音污染的方法之一。纯Mg及其合金是最轻的结构金属材料，具有Al和钢无法替代的性能，如高比强度、高比弹性模量，被誉为21世纪的超轻量材料。在各种金属材料中，纯Mg具有最好的阻尼性能，然而力学性能较差和易腐蚀限制了其更为广泛的应用。因此，高阻尼镁合金的开发就成为人们持续不断的研究主题。通过单一合金化和热处理手段可以改善Mg合金的力学性能,但却降低了其阻尼性能，例如商用的AZ（Mg-Al-Zn）及ZK（Mg-Zn-Zr）系Mg合金阻尼性能都不理想。所以我们设想通过应用多元合金化的方法，在镁合金中添加多种元素，综合发挥各种元素的合金化效果，以达到优化合金阻尼性能与力学性能的目的。

在对现有文献的检索过程中我们发现，镁合金阻尼性能与力学性能之间的矛盾始终是一个亟待解决的问题。2003年日本学者利用粉末冶金的方式制备出Mg-Cu-Mn烧结合金，具有超过纯镁的高阻尼性能，同时具有高的断裂强度（>290Mpa），然而该合金制备成本高，制备过程不宜操作，同时其耐腐蚀性能不佳，这些使合金的应用受到严重限制。故而，以Mg-Cu-Mn合金为基础，引入有利于优化合金阻尼性能与力学性能的合金元素，采用工艺纯熟的普通熔炼方法，采用常规工艺方法，得到性能优异的挤压态新型阻尼合金材料，最终真正拓宽镁合金在生产生活中应用显得尤为必要。

而在现有文献中，涉及提高材料阻尼性能的方法，人们主要通过单一的热处理方式来完成。本申请人在先申请的中国专利CN101805864A中公开了一种高阻尼高强Mg-Cu-Mn-Zn-Y合金及其制造方法，该合金中Y的含量为0.3～4.0%。研究中我们发现，Mg-Cu-Mn-Zn-Y挤压态合金阻尼与力学性能较好，然而其阻尼性能仍有较大提升潜力，有待进一步提高。因此，本发明人经过研究，选择采用热处理与弯曲变形相结合的处理方法，从而进一步改善Mg-Cu-Mn-Zn-Y挤压态合金阻尼性能，为今后材料阻尼性能的研究提供了一个新思路。

发明内容

结合发明人综合热处理工艺与变形工艺的发明思路，针对前述挤压态Mg-Cu-Mn系合金仍有较大的潜力有待进一步进行探索的问题，本发明的目的在于改善Mg-Cu-Mn系挤压态合金阻尼性能，为今后材料阻尼性能的提高提供一种新的思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法，其特征在于：采用热处理与变形工艺相结合的方法；所述挤压态Mg-Cu-Mn系合金为元素成份及其质量百分含量是：Cu=1.0～4.0%，Mn=0.3～1.5%，Y=0.3～4.0%，Zn=1.0～5.5%，余量为镁；合金挤压温度350℃±10℃，挤压比为20-25；

首先，将所述合金进行300℃×10h的退火热处理，所述热处理是在电阻炉中进行，样品是在空气中加热并且在空气中冷却；

然后，将经过退火处理的挤压态Mg-Cu-Mn系合金，加工成用于阻尼性能测试的的矩形片状试样，置于圆柱体状的模具上反复弯曲20~30次，从而引入高密度平直位错，合理改变合金位错组态。

最后，矫直后用酒精清洗，进行阻尼性能测试。

事实证明，通过上述技术方案，可以有效提高阻尼测试值，实现了进一步改善Mg-Cu-Mn系挤压态合金阻尼性能的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通常，众多学者主要致力于通过单一热处理方式来提高合金阻尼性能的研究，而本发明通过退火的热处理方法和反复弯曲变形引入平直位错的变形工艺相结合的方式来提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能，这就为今后的研究提供了一种新的思路。

2、本方案简单易行，试验参数控制方便，通过优化工艺参数，即可达到提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的目的。

3、成本低廉。用于实验的设备，均为常规通用设备，可移植性强，通用于多种合金提高阻尼性能的具体操作中，可有效降低生产成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明与佐证。

实施例1：

一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法，具体包括以下步骤：

1、所用Mg-Cu-Mn系合金原料：各组分的重量百分比为：Cu=2.4%，Mn=1.0%，Y=1.9%，Zn=4.7%，不可避免的杂质为Si、Fe，其总量<0.1%，余量为镁。所用的挤压工艺参数为：挤压温度是350℃，挤压比为25，挤压速度为5mm/s。

2、待热处理炉温度稳定至300℃后放入上述合金原料，进行10h的退火热处理；热处理是在电阻炉中进行，样品是在空气中加热并且在空气中冷却。

3、退火后通过电火花切割将合金加工成用于阻尼性能测试的矩形片状试样，其尺寸工艺参数是：长41～43mm×宽5～6mm×厚1.3~1.5mm，对表面进行机械打磨处理，至尺寸为长40mm×宽5mm×厚1.2mm。

4、将合金放在直径为64mm的模具上进行反复弯曲20次。

5、将试样矫直后用酒精进行清洗，测试试样的阻尼性能，其阻尼性能见表1。

实施例2：

本实施方式的挤压态Mg-Cu-Mn系合金原料、热处理及切阻尼试样的工艺参数与实施例1完全相同，不同之处在于采用直径为27mm的模具进行反复弯曲变形（反复弯曲20~30次为宜），试样矫直后清洗并测试试样的阻尼性能，其阻尼性能同样见表1。

表1   阻尼Mg-Cu-Mn系合金的力学性能与阻尼性能

实施例	阻尼性能Q-1 (ε=5×10-4，f=1HZ)
		具体实施方式1	0.015
对应的挤压态	0.010
		具体实施方式2	0.016
对应的挤压态	0.010

不同状态的合金的阻尼性能是通过使用TA Q800动态力学性能分析仪来测试，使用单悬臂振动模式。用于阻尼性能测试的矩形弯曲片状试样，其尺寸是：长40mm×宽5mm×厚1.2mm是通过电火花切割加工后打磨处理得到的。室温下各种状态合金的阻尼性能应变振幅依赖性的测试是在从10^-5到2×10^-3应变振幅范围了进行的，频率f是1HZ。对与挤压态合金的阻尼性能温度依赖性的测试：最大的应变振幅是5×10^-4，频率f是1HZ，测试温度范围是从室温到400℃并且加热速度是5℃/min。

综上，本发明通过热处理消除挤压态Mg-Cu-Mn系合金中的位错缠结，提高位错的可动性；反复弯曲变形在挤压态Mg-Cu-Mn系合金中引入平直位错，进而提高挤压态 Mg-Cu-Mn系合金的阻尼性能，获得阻尼性能得到提高的技术效果。本发明方法也可应用于提高其它合金阻尼性能的研究当中。

应当指出，以上所述实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神实质的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (2)

1.一种提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法，其特征在于：采用热处理与变形工艺相结合的方法；

所述挤压态Mg-Cu-Mn系合金为元素成份及其质量百分含量是：Cu=1.0～4.0%，Mn=0.3～1.5%，Y=0.3～4.0%，Zn=1.0～5.5%，余量为镁；合金挤压温度350℃±10℃，挤压比为20-25；

首先，将所述合金进行300℃×10h的退火热处理，所述热处理是在电阻炉中进行，样品是在空气中加热并且在空气中冷却；

将经过退火处理的挤压态Mg-Cu-Mn系合金，加工成用于阻尼性能测试的的矩形片状试样，置于圆柱体状的模具上反复弯曲20~30次，从而引入高密度平直位错，合理改变合金位错组态。

2.根据权利要求1所述的提高挤压态Mg-Cu-Mn系合金阻尼性能的方法，其特征在于：所述阻尼性能测试为长41～43mm×宽5～6mm×厚1.3~1.5mm的矩形片状试样，置于直径分别为20mm～64mm的圆柱体状的模具上反复弯曲20次。