CN104711469A - 一种复相型高阻尼镁合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复相型高阻尼镁合金,Sn的重量百分数0.01-50，采用如下的处理步骤：镁锭加入井式电阻炉中熔炼，熔化过程采用SF6保护气体；镁锭升温750℃熔化后，加入一定比例的锡锭和其它合金元素，在680-730℃炉内保温20-40min；结束后静置降温，并在保护气氛中浇铸；所得铸态合金在460-500℃固溶24小时后水冷，然后在200-240℃保温10-24小时进行时效，获得目标物。本发明复相型高阻尼镁合金呈现了位错与相界复合控制的阻尼特征，表现出了优异的阻尼性能。

Description

一种复相型高阻尼镁合金

技术领域

本发明涉及镁合金生产技术领域，尤其涉及一种Mg-Sn系复相型高阻尼镁合金。

背景技术

近年来，随着航空航天、交通运输工具、轻重工业、大型建筑物及土木结构等众多领域的发展，轻量化成为人们关注的重点领域，但是由于轻量化带来的振动和噪声问题不仅造成环境污染，影响生活质量，而且也影响了各零件结构的使用甚至造成灾难性后果。采用镁合金等阻尼材料是一种十分有效的减振降噪的途径，它具有强度高、质量轻体积小的特点，可以吸收振动能量，降低振动和噪声。

传统的阻尼合金如Mn-Cu、Zn-Al等，合金密度大、耐热性差，而镁合金具有轻质、比强度、比刚度高、阻尼性能好等优点，被广泛应用于航天航空、汽车和电子等工业领域。但是虽然在纯镁的基础上通过添加合金元素增强了力学性能但却会降低其阻尼性能。这是因为纯镁及目前研究涉及的镁合金的阻尼机制在常温下属于位错型，符合Granato-Lücke理论。根据Granato-Lücke理论，合金元素溶于基体金属会使其发生晶格畸变，对位错产生钉扎作用，使位错线弯曲，降低位错密度和有效长度，从而导致阻尼性能降低。对于位错型阻尼机制镁合金，通过T4处理，合金中的析出相因固溶处理而分解，使其成为过饱和固溶体，对位错线的钉扎作用减弱，从而提高了在高应变振幅下的阻尼性能。而经过T5处理的合金析出的第二相更多，所以同理阻尼性能减小得更多。根据镁合金的阻尼机制，开发高力学性能、高阻尼性能、低密度的新型阻尼镁合金是近年来研究者主要的研究方向。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种优异阻尼性能复相型高阻尼镁合金。

本发明的目的是通过如下手段实现的：

一种复相型高阻尼镁合金，其特征在于，以Mg为基体，其它组分的重量百分比为：Sn:0.01-50wt％,可以只是Mg-Sn二元合金，或者在此基础上，添加一种或者多种其它合金元素，其它合金元素的含量0.01-10wt％％，其含量小于Sn元素的含量；采用如下的处理步骤制得：镁锭加入井式电阻炉中熔炼，熔化过程采用SF6保护气体；镁锭升温750℃熔化后，加入一定比例的锡锭或/和其它合金元素，在680-730℃炉内保温20-40min；结束后静置降温，并在保护气氛中浇铸；所得铸态合金在460-500℃固溶24小时后水冷，然后在200-240℃保温10-24小时进行时效，获得目标物。

所述其它合金元素包括任意元素。其中Zn的含量不超过1％，Al的含量不超过3％。

本发明Mg-Sn系列镁合金，由于含有Sn元素的镁合金中生成了层片状的Mg₂Sn共晶相，因为该合金硬的β相(Mg₂Sn)与基体α相(富Mg相)界面发生粘弹性作用或第二相变形而吸收振动能，而实现振动能量的耗散。因此，该系列合金呈现了位错与相界复合控制的阻尼特征，表现出了优异的阻尼性能。在铸态时，其品质因子的倒数Q^-1为0.07-0.15。热处理工艺对Mg-Sn合金阻尼性能的影响与目前所报道的单纯由位错机制阻尼镁合金不同，通过T4处理，合金中的共晶组织Mg₂Sn因固溶处理而分解，所以Q^-1有所降低，为0.04-0.14；而位错型机制的镁合金，经过固溶处理Q^-1的值会升高。经过T6处理的合金析出了细小的Mg₂Sn金属间化合物，对位错产生强钉扎作用，Q^-1的值进一步降低为0.01-0.14。上述现象表明，层片状的Mg₂Sn共晶组织在振动应力作用下，第二相与基体界面发生了粘弹性作用或第二相变形而吸收振动能。通过T4和T6处理表明，特有的共晶组织致使合金具有位错和复相两种阻尼机制。

附图说明

图1-图12是本发明实施例铸态的微观组织图。

具体实施方式

本发明合金的制备方法包括如下步骤：

1.原料采用工业镁锭(纯度为99.95wt％)，在SG2-5-12井式电阻炉熔炼，熔化过程采用SF6保护气体；

2.将镁锭升温750℃熔化后，加入一定比例的锡锭(纯度为99.98wt％)和其它合金元素，在680-730℃炉内保温20-40min；

3.结束后静置降温，并在保护气氛中浇铸；

4.铸态合金在460-500℃固溶24小时后水冷，然后在200-240℃保温10-24小时进行时效；

5.阻尼性能测试

采用JN-1葛式扭摆仪测试表征阻尼性能。对每种合金成分在铸态、T4、T6态下的试样，经线切割加工的直径1.5mm×长度大于5mm的圆截面合金丝，进行阻尼性能的测试，主要变量为应变振幅，测定内耗与应变振幅之间的关系，阻尼结果用品质因子的倒数Q^-1来表征。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

镁和锡的纯度分别选Mg99.95wt％、Sn99.98wt％。首先将纯镁锭和放入熔化炉中，待其全部熔化后，将熔体温度升至750℃，然后将经过预热的锡锭加入熔体，搅拌均匀，静置15min，然后降温至680℃浇铸、浇铸过程始终在N₂气和SF₆的保护气氛下进行。获得的铸件成分如表1所示。

表1 1#试样成分(重量百分比)

铸态的微观组织如图1所示，可以看到层片状的共晶Mg2Sn。铸态合金在500℃固溶24小时后水冷，共晶Mg2Sn相消失如图2所示，然后在220℃保温12小时进行时效，合金中弥散析出了金属间化合物如图3所示。分别将铸态，T4、T6态的试样切割加工成圆截面金属丝，测得的品质因子的倒数Q^-1如图4所示：

实施例2：

镁和锡的纯度分别选Mg99.95wt％、Sn99.98wt％,Zr采用Mg-30％Zr的中间合金。首先将纯镁锭放入熔化炉中，待其全部熔化后，将熔体温度升至750℃，然后将经过预热的锡锭和Mg-Zr中间合金加入熔体，搅拌均匀，静置15min，然后降温至680℃浇铸，浇铸过程始终在N₂气和SF₆的保护气氛下进行。获得的铸件成分如表2所示。

表2 2#试样成分(重量百分比)

铸态的微观组织如图5所示，可以看到层片状的共晶Mg2Sn。铸态合金在500℃固溶24小时后水冷，共晶Mg2Sn相消失如图6所示，然后在220℃保温12小时进行时效，合金中析出了弥散的金属间化合物如图7所示。分别将铸态，T4、T6态的试样切割加工成圆截面金属丝，测得的品质因子的倒数Q^-1如图8所示：

实施例3：

镁和锡的纯度分别选Mg99.95wt％、Sn99.98wt％,Sr采用Mg-40％Sr的中间合金。首先将纯镁锭和放入熔化炉中，待其全部熔化后，将熔体温度升至750℃，然后将经过预热的锡锭和Mg-Sr中间合金加入熔体，搅拌均匀，静置15min，然后降温至680℃浇铸、浇铸过程始终在N₂气和SF₆的保护气氛下进行。获得的铸件成分如下表3所示(重量百分比)

表3 3#试样成分(重量百分比)

铸态的微观组织如图9所示，可以看到层片状的共晶Mg2Sn。铸态合金在500℃固溶24小时后水冷，共晶Mg2Sn相消失如图10所示，然后在220℃保温12小时进行时效，合金中析出了弥散的金属间化合物如图11所示。分别将铸态，T4、T6态的试样切割加工成圆截面金属丝，测得的品质因子的倒数Q^-1如图12所示。

Claims (5)

1.一种复相型高阻尼镁合金，其特征在于，以Mg为基体，其它组分为的重量百分比为：Sn:0.01-50wt％,可以只是Mg-Sn二元合金，或者在此基础上，添加一种或者多种其它合金元素，其它合金元素的含量0.01-10wt％％，其含量小于Sn元素的含量；采用如下的处理步骤制得：镁锭加入井式电阻炉中熔炼，熔化过程采用SF6保护气体；镁锭升温750℃熔化后，加入一定比例的锡锭和其它合金元素，在680-730℃炉内保温20-40min；结束后静置降温，并在保护气氛中浇铸；所得铸态合金在460-500℃固溶24小时后水冷，然后在200-240℃保温10-24小时进行时效，获得目标物。

2.根据权利要求1所述之Mg-Sn系复相型高阻尼镁合金，其特征在于，所述其它合金元素包括：Zn的含量不超过1％，Al的含量不超过3％。

3.根据权利要求1所述之Mg-Sn系复相型高阻尼镁合金，其特征在于，组分的重量百分比为：Sn:5，Fe≤0.04,Si≤0.05,Ni≤0.02,Cu≤0.01，余量为Mg。

4.根据权利要求1所述之Mg-Sn系复相型高阻尼镁合金，其特征在于，所给组分的重量百分比为：Sn:3，Zr:0.35,Fe≤0.04,Si≤0.05,Ni≤0.02,Cu≤0.01，余量为Mg。

5.根据权利要求1所述之Mg-Sn系复相型高阻尼镁合金，其特征在于，所给组分的重量百分比为Sn:4.8,Sr:0.5，Fe≤0.04,Si≤0.05,Ni≤0.02,Cu≤0.01，余量为Mg。