CN106756445A - 一种具有提高Fe‑Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有提高Fe‑Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂及其使用方法，由如下重量百分数的组分组成：Ni:1‑5%,Co:2‑3%,Sc:0.2‑1.2%,Hf:0.2‑0.4%,Eu:0.1‑0.3%,Yb:0.2‑0.3%,余量为Al。本发明提供的用于Fe‑Mn高阻尼合金冶炼用的添加剂，当用于制备Fe‑Mn高阻尼合金时，该添加剂及其工艺在保证现有Fe‑Mn基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金耐腐蚀性能提高了10多倍，使用寿命达到了10年以上，生产的棒材可以大规模的应用于海洋性或极端性环境且需要减振的场合。

Description

一种具有提高Fe-Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂及其 使用方法

技术领域

本发明涉及金属合金技术，具体地说，涉及一种高阻尼合金的添加剂。

背景技术

现代工业的发展日新月异，各类机械的数量和种类都朝着大功率和高速方向发展。但是机械在运行过程中产生的振动和噪音问题越来越突出，并引起了相关领域的广泛关注。振动和噪音不仅可以降低设备的使用寿命，还会对生态环境进行噪声污染，严重损害人民的身心健康。在交通，能源，通讯和电力等领域，控制振动和减少噪音已经成为亟待解决的工程问题。机械噪音的治理不仅是劳动保护和环境保护工作中的紧迫任务，也是提高机械产品质量的重要解决方案。

传统的隔声和吸声等解决方案，增加装备的空间和重量。减振降噪的最新发展趋势在源头处入手。将产生振动和噪音的部件用能够吸收振动并将振动的能量转换为热能的材料制成，就可以将机械振动控制在刚产生之后，达到减振降噪的效果。近年来发展迅速的高阻尼合金就是这类能吸收振动能量的材料。在众多类别的阻尼合金中，Fe-Mn基合金因为其内耗性能好，强度高，价格低等特点在航空航天，石油化工，交通运输和能源等领域应用前景广阔。随着Fe-Mn基高阻尼合金的产业化成熟度进一步提升，该类合金的应用领域有望进一步提高。

Fe-Mn高阻尼合金的成分是17wt%Mn，83wt%Fe，感应熔炼后通过随后的均匀化和淬火形成马氏体结构得到高阻尼特性。尽管Fe-Mn高阻尼合金具有强度高(屈服强度：350MPa，抗拉强度700MPa，延伸率38%)，阻尼性能好（SDC>30%），成本低的特点。但是该类合金在航海，军事等腐蚀性或者极端环境下使用中，其耐蚀性能不够理想而限制了进一步的应用和推广。这主要是由于Fe和Mn都不具有好的耐腐蚀性能，电极电位比价低，Fe—Mn高阻尼合金的耐腐蚀性能和纯铁在一个水平，在常见的潮湿环境下很容易以极快的速度发生氧化。这种腐蚀破坏，不仅能降低合金的力学性能，使得整个构架不能经受大量级的振动和冲击载荷作用，产生的破坏作用非常明显。另外，由于强烈的海洋气氛腐蚀，使得用该类合金建造的海洋平台在很短的时间内，小于2年，破坏明显，补建或者重建花费巨大。

如何提高Fe-Mn基高阻尼的抗腐蚀性能，同时维持现有的力学性能和阻尼性能是当前阻尼合金设计领域的一个重要工程问题。本专利提供了一种用于Fe-Mn基高阻尼合金冶炼时的添加剂，该添加剂的使用可以使得Fe-Mn基高阻尼合金的腐蚀速度在海洋环境下降低10多倍，有效地提高了该类阻尼合金的服役寿命。通过和阴极保护等其它防腐蚀手段结合起来，可以使得使用寿命提高到10年以上。在不久的将来，随着减震降噪领域更多工程应用拓展，Fe-Mn基高阻尼合金必将在更多的结构设计中得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高Fe-Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有提高Fe-Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂，由如下重量百分数的组分组成：Ni: 1-5%, Co: 2-3%, Sc: 0.2-1.2%, Hf: 0.2-0.4%, Eu: 0.1-0.3%, Yb: 0.2-0.3%,余量为Al。

上述添加剂的使用方法，包括如下步骤：在熔炼Fe-Mn高阻尼合金时（Mn：17wt%，Fe：83wt%），取重量百分比占Fe-Mn合金4-12%的添加剂，在感应熔炼时添加到Fe-Mn熔体内，充分保温搅拌均匀后采用水冷铁模或者水玻璃模具浇铸。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明提供的用于Fe-Mn高阻尼合金冶炼用的添加剂，当用于制备Fe-Mn高阻尼合金时，该添加剂及其工艺在保证现有Fe-Mn基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金耐腐蚀性能提高了10多倍，使用寿命达到了10年以上，生产的棒材可以大规模的应用于海洋性或极端性环境且需要减振的场合。

（2）该添加剂和合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低便于工业化大规模应用。

（3）本发明可用于制造在使用温度为100度以下，应变振幅低于5×10^-3的结构件并具有极其显著的减振和耐蚀性能.

具体实施方式

实施例1

一种Fe-Mn基高阻尼合金添加剂，其重量百分数为： Ni: 1.4%, Co: 2.5%, Sc: 0.3%,Hf: 0.2%, Eu: 0.1%, Yb: 0.3%,余量为Al。该添加剂的使用方法为：按照Fe-Mn合金配料（Mn：17wt%，Fe：83wt%），采用感应电炉并用冰晶石坩埚，在氩气保护的环境下感应熔炼。在温度1680℃保温10分钟，然后放入重量为Fe-Mn合金原料6%的添加剂并保温均匀感应搅拌10分钟，然后在氩气保护的环境下浇铸(水冷铁模或者水玻璃模具)。随后的加工和热处理制度为：浇铸棒在1100℃均匀化保温12个小时，随后在900℃下旋锻成需要直径棒材(直径小于40mm)。将棒材加热到1100℃，保温20分钟，然后水淬得到马氏体组织。该合金在室温下服役寿命使用超过10年时间。

实施例2

一种Fe-Mn基高阻尼合金添加剂，其重量百分数为：Ni: 2.0%, Co: 2.2%, Sc: 0.26%,Hf: 0.3%, Eu: 0.2%, Yb: 0.25%,余量为Al。该添加剂的使用方法为：按照Fe-Mn合金配料（Mn：17wt%，Fe：83wt%），采用感应电炉并用冰晶石坩埚，在氩气保护的环境下感应熔炼。在温度1690℃保温10分钟，然后放入重量为Fe-Mn合金原料9%的添加剂并保温均匀感应搅拌10分钟，然后在氩气保护的环境下浇铸(水冷铁模或者水玻璃模具)。随后的加工和热处理制度为：浇注棒在1100℃均匀化保温12个小时，随后在900℃下旋锻成需要直径棒材(直径小于40mm)。将棒材加热到1100℃，保温20分钟，然后水淬得到马氏体组织。该合金在室温下服役寿命使用超过10年时间。

实施例3

一种Fe-Mn基高阻尼合金添加剂，其重量百分数为：Ni: 4.5%, Co: 2.6%, Sc: 0.6%,Hf: 0.3%, Eu: 0.26%, Yb: 0.24%,余量为Al。该添加剂的使用方法为：按照Fe-Mn合金配料（Mn：17wt%，Fe：83wt%），采用感应电炉并用冰晶石坩埚，在氩气保护的环境下感应熔炼。在温度1660℃保温10分钟，然后放入重量为Fe-Mn合金原料10%的添加剂并保温均匀感应搅拌10分钟，然后在氩气保护的环境下浇铸(水冷铁模或者水玻璃模具)。随后的加工和热处理制度为：浇注棒在1100℃均匀化保温12个小时，随后在900℃下旋锻成需要直径棒材(直径小于40mm)。将棒材加热到1100℃，保温20分钟，然后水淬得到马氏体组织。该合金在室温下服役寿命使用超过10年时间。

Claims (3)

1.一种具有提高Fe-Mn基高阻尼合金耐腐蚀性能的添加剂，其特征在于由如下重量百分数的组分组成：Ni: 1-5%, Co: 2-3%, Sc: 0.2-1.2%, Hf: 0.2-0.4%, Eu: 0.1-0.3%,Yb: 0.2-0.3%,余量为Al。

2.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述的Fe-Mn基高阻尼合金的重量百分数为：Mn17%，Fe83%。

3.权利要求1所述添加剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：在熔炼Fe-Mn高阻尼合金时，取重量百分比占Fe-Mn合金4-12%的添加剂，在感应熔炼时添加到Fe-Mn熔体内，在1600-1700度之间充分保温搅拌均匀后采用水冷铁模或者水玻璃模具浇铸。