CN102952983A

CN102952983A - 一种高阻尼锰铜合金材料及其制备方法

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Publication number: CN102952983A
Application number: CN2012104913594A
Authority: CN
Inventors: 王国宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明提供一种锰铜高阻尼合金材料，该合金材料的化学成分：Mn为50%-55%,Al为4%-6%,Sr为2%-4%,Mg为5%-7%,Fe为1%-3%,Dy为0.5%-1.5%,Y为1%-3%,La为0.5-2%，其余为Cu，该高阻尼锰铜合金的比阻尼S?D?C=35-45%；本发明制备过程为将上述原料中锰、铜、铝、锶、镁、铁置于用氮气保护的电阻式加热炉内熔化而形成合金液；当合金液被加热到1200-1300℃时，将配好的稀土金属Y、Dy、La放入合金液，其中稀土金属Y、Dy、La的颗粒尺寸均为1-3mm，保温30-50分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于200-250℃的热处理炉中保温2-3小时，取出便得到阻尼稳定性好的高阻尼合金。

Description

一种高阻尼锰铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种高阻尼性能的锰铜合金材料及其制备方法。

背景技术

高阻尼性能的锰铜合金是指有较高减振降噪功能的合金。一种合金材料，在与外界隔绝和真空的条件下，其振动振幅会逐渐衰减，直至静止，这就是合金的阻尼特性。高阻尼合金则是由于合金内部特有的组织结构，具有将振动机械能转化为热能的本领。

锰铜合金、铜锌铝和铜铝镍合金为人们研究较多的高阻尼铜合金，其减振降噪功能与合金内部马氏体相内的微孪晶结构相关。但目前已投入实际应用的仅为锰铜合金。高锰(Mn≥75％)合金，其马氏体相变温度在室温以上，马氏体组织较稳定，合金具有较高的比阻尼。但在制备工艺、耐蚀性等方面存在一系列的问题。目前美、英等国在中锰(40％～60％Mn)合金的研究和开发上取得了一定的进展。中锰合金的马氏体相变点在室温以下，但采用淬火(800℃)和时效(400～450℃)热处理来培养合金内部一定数量的富锰区域，由富锰区完成马氏体相变和反铁磁性转变，该相结构保证合金的阻尼特性。而合金内部与富锰区并存的是一定数量的贫锰区，该组织保证了合金的加工与焊接工艺性能。另外，还有在锰铜二元合金基础上添加适量的铝、铬、铁和镍等元素，进一步稳定合金的马氏体相并提高其耐蚀性能。

工程上常用比阻尼S·D·C来表示材料阻尼本领的大小，它是用振动系统每振动一个周期其振动能量的损失率ΔW/W定义的，并以百分数表示，国际上现有两种商业牌号的高阻尼锰铜合金，有英国开发的铸造型SONOSTON，已试用于潜艇螺旋桨，S·D·C=20%--40%；美国开发的变形INCRAMuTE，可用于电机机壳、基座、齿轮构件、船舱隔板等需要减振的构件，S·D·C=20%--40%。90年代中国研究开发出主成分介于INCRAMUTE和SONOSTON之间的阻尼锰铜合金，S·D·C=40%--45%，除其力学性能和阻尼系数达到国际现行合金外，其阻尼特性具有更好的长时稳定性，适用于制造需要减振降噪的船舶电动机座、矿山机械、冶金厂传输履带等。

中华人民共和国国家军用标准：GJB3553-99“潜艇螺旋桨用高阻尼锰铜合金铸件规范”中也提出了一种牌号为“ZCuMn51Al4Fe3Ni2Zn2”的高阻尼合金，并在标准中提供了“金属阻尼材料阻尼率试验方法”及“高阻尼锰铜合金化学分析方法”，其标准中提出的“ZCuMn51Al4Fe3Ni2Zn2”高阻尼合金比阻尼S·D·C指标值为“≧20%”。

以上提及的现有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，这样影响到了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，主要是由于锰铜合金长期放置或者时效过程中锰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。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 C 或者进行热处理来消除锰铜合金中富锰区杂质原子的钉扎。发明专利申请号为：201110137104.3“一种提高中锰锰铜合金阻尼稳定性的热处理方法”介绍了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合金板材后放入热处理炉中均匀化处理，其工艺为，将锰铜合金在 830℃--850℃ 固溶 0.5小时，然后水淬 1--2min之后放入热处理炉中加热到 150℃--180℃ ，保温5min ，再次水淬 1--2min ；循环本步骤 30 次，此方法可得到具有较稳定阻尼性能的中锰锰铜合金，但操作较繁多，也不适用于大规模的工业化生产。因此，目前需有一种能够阻尼稳定性较好，阻尼性能不会随着时间的变化而变弱的高阻尼锰铜合金。

发明内容

本发明的目的就是针对目前锰铜合金阻尼性能不高及阻尼性能不稳定的技术缺陷，提供一种锰铜高阻尼减振合金材料，该合金材料通过在基体中提供能稳定阻尼性能的多种合金元素，提高了合金的阻尼作用及阻尼稳定性。

本发明提供上述高阻尼锰铜合金材料的制备方法，该方法工艺简单，生产成本低，并能适于工业化生产。本发明是通过以下技术方案实现的：一种高阻尼锰铜合金材料，该合金材料以锰合金为基体，在锰合金基体上分布着多元素复合体，该合金材料的化学成分的重量百分含量：Mn为50%--55%, Al为4%--6% , Sr 为2%--4% ,Mg为5%--7% , Fe 为1%--3% , Dy 为0.5%--1.5%, Y 为1%--3% , La 为0.5--2% ，其余为Cu，该高阻尼锰铜合金S·D·C=35--45%。

上述高阻尼锰铜合金材料的制备方法，其制备过程如下：分别按占原料总质量进行配料：Mn为50%--55%, Al为4%--6% , Sr 为2%--4% ,Mg为5%--7% , Fe 为1%--3% , Dy 为0.5%--1.5%, Y 为1%--3% , La 为0.5--2% ，其余为Cu。

将上述原料中锰、铜、铝、锶、镁、铁置于用氮气保护的电阻式加热炉内熔化而形成合金液；其中 Sr、Mg 以镁锶合金形式加入，其余金属以纯金属形式加入，当合金液被加热到1200--1300℃ 时，将配好的稀土金属 Y 、Dy 、La 放入合金液，其中稀土金属Y、Dy、La 的颗粒尺寸为 1--3mm ，保温30--50分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于200--250 ℃ 的热处理炉中保温2--3小时后，取出便得到阻尼稳定性好的高阻尼合金。

本发明的高阻尼锰铜合金材料在合成过程中，稀土元素镝、镧和钇是表面活性元素，镝可以和铝、铁形成化合物，钇可以和铁形成化合物，镧可以和镁形成化合物，且这些化合物都有强的亲和作用，可以结合团聚形成短棒状化的化合物复合体，分布在柔韧的锰、铜基体固溶体中。短棒状化合物复合体与锰、铜基体形成的界面以及化合物复合体内部多重化合物相形成的界面形成若干的内耗源，因此稀土化合物复合体能有效切断振动的传播，从而大大提高了合金的减振阻尼作用。

本发明的合金及其它同类阻尼合金性能对比见下表。

合金名称	成份	抗拉强度δb /Mpa	伸长率δ/%	比阻尼SDC%
					SONOSTON	53Mn38Cu4Al3Fe2Ni	500--600	15--20	20--40
INCRAMuTE	40Mn58Cu2Al	490--600	15--30	20--40
					ZCuMn51Al4Fe3Ni2Zn2	Mn51Al4Fe3Ni2Zn2	≧540	≧20	≧20
本发明合金	Mn50Cu30Al5Mg6	550--600	25--35	35--45

本发明合金制备工艺简便，生产的合金材料性能好，其比阻尼等性能明显优于其它产品,而且生产成本低，非常便于工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例制备的锰铜高阻尼合金的金相组织。图中较暗区域为合金固溶体，较明的白色区为稀土复合体。

具体实施方式

分别按占原料总质量Mn为50%, Al为5% , Sr为3% ,Mg为6% , Fe为2% ,Dy为1%, Y为2%, La为1% ，其余为Cu（30%）进行配料: 电解金属锰片200kg，纯铝锭20kg，镁锶合金36kg，纯铁锭8kg，稀土金属（含Y、Dy、La）颗粒16kg，电解铜粉120kg，这样物料总质量为400kg，首先将电解金属锰片、纯铝锭、镁锶合金、纯铁、电解铜粉锭置于用氮气保护的电阻式加热炉内熔化而形成合金液，当合金液被加热到1200--1300℃ 时，将配好的稀土金属 Y、Dy、La 放入合金液，保温 30--50分钟，即可浇铸成相应铸件，形成的铸件置于200--250℃ 的热处理炉中保温2--3小时后，取出便得到所需高阻尼合金。

经过测定，此组份的高阻尼锰铜合金的抗拉强度（δb/Mpa）为：598，伸长率（δ/%）为：35，比阻尼（S·D·C%）为：41，性能优于其它现有的锰铜阻尼合金。

Claims

1.本发明提供一种锰铜高阻尼合金材料，该合金材料以锰合金为基体，在锰合金基体上分布着多元素复合体，该合金材料的化学成分的重量百分含量：Mn为50%--55%, Al为4%--6% , Sr为2%--4% ,Mg为5%--7% , Fe为1%--3% , Dy 为0.5%--1.5%, Y 为1%--3% , La 为0.5--2% ，其余为Cu，该高阻尼锰铜合金的比阻尼S·D·C=35--45%；本发明的高阻尼锰铜合金材料的制备方法，其制备过程如下：

分别按占原料总质量进行配料：Mn为50%--55%,Al为4%--6% , Sr为2%--4% ,Mg为5%--7% ,Fe为1%--3% ,Dy为0.5%--1.5%, Y为1%--3% , La为0.5--2% ，其余为Cu；

将上述原料中锰、铜、铝、锶、镁、铁置于用氮气保护的电阻式加热炉内熔化而形成合金液；其中Sr、Mg 以镁锶合金形式加入，其余金属以纯金属形式加入；

当合金液被加热到1200--1300℃ 时，将配好的稀土金属 Y 、Dy 、La 放入合金液，其中稀土金属Y、Dy、La的颗粒尺寸为 1--3mm ，保温30--50分钟，即可浇铸成相应铸件，形成的铸件置于200--250℃ 的热处理炉中保温2--3小时，取出便得到阻尼稳定性好的高阻尼合金。