CN104762540B - 一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法 - Google Patents

一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法,其化学成分(wt%)为:Mn60.00~75.00,Ni2.00~5.00,Al0.50~3.00,Fe1.50~2.50,C≤0.01,Si≤0.10,P<0.020,S<0.020,N≤0.050,O≤0.010,Zr、Ti、La、Ce、Y、混合稀土(Mm)中的一种或几种,余为Cu及不可避免的杂质元素,经热处理后,其阻尼性能为:为0.035~0.055,为0.020~0.040,

Description

一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法。
背景技术
[0002] 随着现代工业的快速发展,人们对各种机械设备、机电产品、仪器仪表等产生的振 动和噪声的危害日益重视。将减振合金直接应用在机械振动和噪声的振源部位,是一种行 之有效的减振降噪方法。在各类减振合金中,孪晶型锰铜减振合金由于具有高阻尼、高强 度、良好的韧性和加工性能而倍受关注。截止目前已经获得商业化应用的锰铜减振合金主 要有英国的Sonoston合金、前苏联的Abpopa合金、美国的Incramute合金、中国的2310合金 和日本的M2052合金等等。这些材料已在舰船螺旋桨、电力设备、机械设备和精密仪器仪表 上获得应用,取得十分良好的减振降噪效果。
[0003] 锰铜合金的单相奥氏体组织并不具备阻尼能力,要具有高阻尼性能,必须处于反 铁磁转变温度(Tn)或马氏体相变温度(Ms)以下。但是,目前各类锰铜减振合金的最高使用 温度一般只能达到80°C,当超过此温度时,马氏体将逆转变为奥氏体组织,合金丧失阻尼性 能。另外,锰铜减振合金在室温长时间存放或使用,阻尼特性会发生延时衰减,当锰的质量 分数大于60%时,虽然阻尼性能提高,但力学性能和加工性能变差。这些缺点极大限制了锰 铜减振合金的应用领域和适用范围。
[0004] 专利W02008/056785和文献(殷福星等.Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻 尼特性改善.物理学进展,26 (3))通过采用凝固过程控制结合时效热处理的技术手段对高 锰阻尼合金的阻尼性能进行改善,提高了具有阻尼特性的上限温度,但此技术方案是针对 铸态的猛铜合金。国内外文献中也有通过在尚猛合金中直接添加Al兀素来提尚Ms从而提尚 具有阻尼性能的温度上限,但效果有限,而且添加不当会导致阻尼性能下降。
[0005] 针对锰铜合金的缺点和现有技术的不足,本发明通过合理的成分设计、适当的热 处理工艺对高锰含量(Μη%多60%)的可变形锰铜减振合金的阻尼特性进行改善,同时提高 强度和加工性能。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对上述现有技术中的不足,提供具有较宽的使用温度范围兼具 有高阻尼特性和良好塑性加工性能的高阻尼合金及其制造方法。
[0007] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的:
[0008] 合金的化学成分(wt%)采用:Mn 60.00〜75.00,Ni 2.00〜5·00,Α1 0.50〜3.00, Fe 1.50〜2.50,(:彡0.01^彡0.10,?<0.020,5<0.020小彡0.050,0彡0.010,余为〇1及不 可避免的杂质元素。
[0009] 其优选方案为:A1+Ni的总含量限制在5.00〜5.50范围之内,同时添加2广1^、1^、 Ce、Y、Mm中的一种或几种,其总含量为0.05〜1.00。
[0010] 在如上所述的合金成分中,Ni对马氏体相变有抑制作用,降低Ms,但能够提高阻尼 性能,而且对提高强度和加工性能有利,Al能够提高Ms,同时在一定含量范围内能提高强度 和阻尼性能,Al和Ni的协同添加、合理匹配,不仅能使合金具有高阻尼性能,而且能够提高 相变温度,从而提高使用温度上限。
[0011] Zr、Ti、La、Ce、Y、Mm等微量元素能够吸附杂质元素,净化晶界,减少或消除杂质原 子对界面的钉扎,提高界面的可动性,不仅能提高阻尼性能,而且能提高阻尼的室温稳定 性。这些微量元素可单独添加,也可同时添加几种元素,当含量低于0.05时,不能发挥作用, 当含量大于1. 〇〇时,合金的加工性能恶化,因此其含量范围应限制在〇. 05〜1.00之内。
[0012] 合金采用电炉冶炼,精炼温度为1200〜1230°C,精炼时间不少于20min,出钢温度 为1200〜1220°C。铸锭脱模冷却至室温后,在保护气氛或真空下加热至800〜900°C、保温8 〜10小时使其均匀化。
[0013] 对于高阻尼锰铜减振合金型材:均匀化退火后的铸锭经850±20°C加热,按所要求 的规格锻造出成品型材,终锻温度不低于700 °C。
[0014] 对于高阻尼锰铜减振合金带材:均匀化退火后的铸锭经850±20°C加热,热加工成 冷带坯,依成品规格要求,分道次进行冷乳,冷乳变形率为30〜60 %,采用氢气保护连续光 亮退火炉进行中间软化退火,退火温度为900〜950°C,走带速度2m/min〜6m/min。
[0015] 上述型材和带材,经热处理后,其阻尼性能为:Q丄为0.035〜0.055,为0.020 〜0 · 040,QR1trc^O · 010〜0 · 030 ;力学性能为:抗拉强度Rm> 550MPa,屈服强度心().2彡 250MPa,延伸率A彡25 %,面缩率40 %。热处理制度为:在氢气气氛中加热至800〜900°C, 保温1小时,以不大于5°C/min的速度冷却至400〜550°C,保温1〜5小时,以不大于5°C/min 的速度冷却至室温出炉。
[0016] 本发明的贡献在于:
[0017] 通过采用Al与Ni协同添加,辅以添加2匕1^、1^、(^、¥、1111等微量元素、限制有害杂 质元素和合理的热处理工艺等技术手段,显著提高锰铜减振合金的使用温度,具有阻尼特 性的温度上限可达110°c以上,且保持高阻尼特性,阻尼室温稳定性好;通过铸锭的均匀化 退火,有效改善了高锰含量锰铜减振合金的热、冷加工性能,使合金能够加工成各种规格的 型材和带材。
[0018] 本发明合金与现有的各类锰铜减振合金相比,使用温度范围宽,强度高,塑性加工 性能优异,适合应用于航空航天、航海、核工业、汽车制造、电力电子设备、精密仪器仪表等 领域需要减振降噪的部位,应用的部位主要有:轴承、轴承座、齿轮、法兰端盖、基座、支架、 支撑底板、垫片等等,起到降低振动传递、减少噪声和提高结构部件使用寿命的目的。
具体实施方式
[0019] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,并与M2052合(Cu22.4-Ni5.1-Fel.97-Mn 余,wt %)的成分和性能进行比较。M2052合金是日本国立材料科学研究所(National Institute for Materials Science,Japan)开发的一种阻尼合金,它是在Mn-Cu合金的基 础上通过添加适量的Ni和Fe来改善合金加工性能和力学性能,同时具有高阻尼特性。本发 明合金与M2052合金同为高锰含量可变形阻尼合金,但与M2052合金相比,对Ni含量进行了 调整,同时添加了适量的Al元素和Zr、Ti、稀土等微量元素,并辅以适当的热处理工艺,不仅 使合金的阻尼特性使用温度范围增加,而且具有高阻尼性能和良好的力学性能。本发明的 具体实施例如下:
[0020] 实施例I:
[0021] 成分为Μη71· 17%,Ni2.23%,A12.68%,Fe2.27%,C0.005%,Si0.08%, PO. 017%,SO. 0043%,N0.030%,00.006%,余为Cu的合金,采用电炉冶炼,合金的精炼温度 为1220°C,精炼时间25min,出钢温度为1210°C,铸锭脱模冷却至室温后,在保护气氛或真空 下加热至850 °C、保温9h使其均匀化,然后铸锭再经840°C加热,用锻压机锻成85mm X 85mm型 材,终锻温度750°C。材料热处理制度:在氢气气氛中加热至800°C,保温Ih,以5°C/min的速 度冷却至400°C,保温4h,以3°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0022] 实施例2:
[0023] 成分为 Μη70· 03 %,Ni 3.88 %,All .52%,Fel .99%,CO .006 %,Si 0.05 %, P0.015%,S0.0053%,N0.034%,00.009%,Zr0.20%,Ti0.25%,Mm0.15%,余为 Cu 的合金, 采用电炉冶炼,合金的精炼温度为1220°C,精炼时间25min,出钢温度为1220°C。铸锭脱模冷 却至室温后,在保护气氛或真空下加热至850°C、保温IOh使其均匀化,然后铸锭再经855°C 加热,用锻压机锻成90mm X 90mm方坯,表面修磨后,再经860 °C热锻成Φ 50mm型材,终锻温度 700°C。材料热处理制度:在氢气气氛中加热至900°C,保温lh,以2°C/min的速度冷却至450 °C,保温2h,以3.5°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0024] 实施例3:
[0025] 成分为Μη73· 25%,Ni 2.36%,Al 3.00%,Fel .88%,CO .008 %,Si 0.05 %, P0.018%,S0.0045%,Ν0·041% ,00.005%,La0.15%,Ce0.10%,余为Cu的合金,采用电炉 冶炼,合金的精炼温度为1225°C,精炼时间20min,出钢温度为1200°C。铸锭脱模冷却至室温 后,在保护气氛或真空下加热至900°C、保温8h使其均匀化,然后铸锭再经865°C加热,用锻 压机锻成90mm X 90mm方坯,表面修磨后,再经850°C加热锻成Φ 20mm型材,终锻温度730 °C。 材料热处理制度:在氢气气氛中加热至800°C,保温lh,以0.5°C/min的速度冷却至500°C,保 温2h,以1°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0026] 实施例4:
[0027] 成分为Μη69· 34 %,Ni4.22 %,AlO .80 %,Fel .65%,CO .008 %,Si0.07 %, P0.018%,S0.0050%,N0.025%,00.006%,Zr0.20%,Ti0.25%,La0.15%,余为 Cu 的合金, 采用电炉冶炼,合金的精炼温度为1230°C,精炼时间22min,出钢温度为1210°C。铸锭脱模冷 却至室温后,在保护气氛或真空下加热至850°C、保温IOh使其均匀化,然后铸锭再经835°C 加热,用锻压机锻成85mm X 225mm扁坯,终锻温度700°C。表面修磨后,经870°C热乳成5.5mm X 225_7令带还。经碱浸、表面修磨、焊接成卷等工序后,直接冷乳出2.5mm厚的成品带材。材 料热处理制度:在氢气气氛中加热至830 °C,保温Ih,以2.5 °C /min的速度冷却至550 °C,保温 lh,以2°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0028] 实施例5:
[0029] 成分为Mn65.00%,Ni3.50%,A11.98%,Fe2. 15%,C0.005%,Si0. 10%, PO .016%,SO .0038%,N0.037% ,00.008%,Ce0.50%,余为Cu的合金,采用电炉冶炼,合金 的精炼温度为1220 °C,精炼时间25min,出钢温度为1210°C。铸锭脱模冷却至室温后,在保护 气氛或真空下加热至830°C、保温IOh使其均匀化,然后铸锭再经870°C加热,用锻压机锻成 85mmX 225mm扁坯,终锻温度700°C。表面修磨后,经865°C热乳成5.5mmX 225mm冷带坯。经碱 浸、表面修磨、焊接成卷等工序后,冷乳至2.5mm厚,经950 °C、2. Om/min的中间软化退火后, 冷乳出1.2mm厚的成品带材。材料热处理制度:在氢气气氛中加热至880°C,保温Ih,以3°C/ min的速度冷却至425°C,保温3h,以5°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0030] 实施例6:
[0031]成分为Mn61 · 50%,Ni 2.85 %,Al 2.30%,Fel .77%,CO .003 %,Si0.08 %, P0.015%,S0.0044%,Ν0·033%,00·004%,Ce0.21%,Y0.35%,余为Cu的合金,采用电炉冶 炼,合金的精炼温度为1200 °C,精炼时间20min,出钢温度为1220°C。铸锭脱模冷却至室温 后,在保护气氛或真空下加热至800 °C、保温IOh使其均匀化,然后铸锭再经850°C加热,用锻 压机锻成85mm X 225mm扁坯,终锻温度750 °C。表面修磨后,经855 °C热乳成5.5mm X 225mm冷 带坯。经碱浸、表面修磨、焊接成卷等工序后,冷乳至2.5mm厚,然后经900°C、2.Om/min中间 软化退火,冷乳至1 · Omm厚,再经900°C,3 · 6m/min中间退火后,冷乳出0 · 5mm厚的成品带材。 材料热处理制度:在氢气气氛中加热至880°C,保温lh,以2°C/min的速度冷却至425°C,保温 3h,以不大于0.5°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0032] 表1和表2给出本发明实施例与M2052合金的阻尼性能和力学性能的对比数据,可 以看出,本发明合金与M2052合金相比,不仅保持高阻尼性能、较高的强度、延伸率和面缩 率,而且Ms点提高到IOOtC以上,使其能够在更高的温度下使用,发挥减振效果。
[0033] 表1本发明实施例合金与M2052合金的阻尼性能对比
[0034]
Figure CN104762540BD00061
[0035] ΦζΓ1为频率4 · OHz、应变振幅2 · 0 X 10—5下的数值。
[0036] 表2本发明实施例合金与Μ2052的力学性能对比
Figure CN104762540BD00062
Figure CN104762540BD00071

Claims (2)

1. 一种制造高阻尼锰铜减振合金型材的方法,该高阻尼锰铜合金的化学成分为:Mn60.00〜75.00,Ni2.00〜5.00,A10.50〜3.00,Fel.50〜2.50,C<0.01,Si<0.10,P<
0.020,5<0.020,~彡0.050,0彡0.010,同时添加2广11、1^、〇6、¥、混合稀土(1111)中的一种或几种,其总含量为0.05〜1.00,余为Cu及不可避免的杂质元素。其特征在于:合金采用电炉冶炼方式铸成合金Ii,铸Ii脱1¾冷却至室温后,在保护气氛或真空下加热至800〜900 C、保温8〜10小时使其均匀化,然后铸锭再经850 ± 20 °C加热,按所要求的规格锻造出成品型材,终锻温度应大于700°C,将型材在氢气气氛中加热至800〜900°C,保温1小时,以不大于5°C/min的速度冷却至400〜550°C,保温1〜5小时,以不大于5°C/min的速度冷却至室温出炉,使其具有高阻尼特性。
2. —种制造高阻尼锰铜减振合金带材的方法,该高阻尼锰铜合金的化学成分为:Mn60.00〜75.00,Ni2.00〜5.00,A10.50〜3.00,Fel.50〜2.50,C<0.01,Si<0.10,P<0.020,5<0.020,~彡0.050,0彡0.010,同时添加2广11、1^、〇6、¥、混合稀土(1111)中的一种或几种,其总含量为0.05〜1.00,余为Cu及不可避免的杂质元素。其特征在于:合金采用电炉冶炼方式铸成合金,铸脱1¾冷却至室温后,在保护气氛或真空下加热至800〜900 C、保温8〜10小时使其均匀化,然后铸锭再经850 ± 20°C加热,热加工成冷带坯,依成品规格要求,分道次进行冷乳,冷乳变形率为30〜60%,采用氢气保护连续光亮退火炉进行中间软化退火,退火温度为900〜950°C,走带速度为2m/min〜6m/min,将带材在氢气气氛中加热至800〜900°C,保温1小时,以不大于5°C/min的速度冷却至400〜550°C,保温1〜5小时,以不大于5°C/min的速度冷却至室温出炉,使其具有高阻尼特性。
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