CN110106458B - 一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，包括：步骤一：将热锻锰铜减振合金锭置于气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5～10℃/min，至850～950℃时保温固溶处理，保温1h以上；步骤二：炉冷降温至400～450℃，保温时效2‑8h后淬火处理；步骤三：重新放入热处理炉中，加热至200‑300℃，保温1‑5h，然后炉冷处理。本发明的优点在于充分利用锰铜减振合金降温过程中的调幅分解、顺磁‑反铁磁转变和马氏体相转变效应，对合金微观组织进行调控，可进一步提高锻造态合金的阻尼性能。

Description

一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属材料的热处理技术领域，具体涉及一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法。
背景技术
锰铜减振合金是目前研究和应用较多的减振降噪材料之一，相比于其它减振阻尼材料，锰铜基减振合金因其具有宽温区、低振幅高阻尼、高强度等综合优势。该合金的主要成分为：Cu：20-50％，Ni：2-6％，Fe:1-3％，Al:0-3％,Zn:0-2％,其余为Mn。作为孪晶型阻尼合金的代表，其优良的减振吸能特性来源于合金内部马氏体相内含有的大量微孪晶结构，这些微孪晶界在周期性外应力作用下能够反复地进行弛豫运动，导致机械振动能量被迅速耗散，从而使得振源引起的机械振动幅度被高效衰减。但是，锰铜减振合金的阻尼值大小，除了和成分、温度等参量密切相关外，还和合金的前期熔炼、锻造以及热处理工艺等加工制备过程密切相关。一般认为，热锻成型的锰铜减振合金坯料只有经过特定的热处理过程，才能具有一定的高阻尼特性。其中，热处理制度对锻造态锰铜减振合金的阻尼性能影响，具有决定性作用。
根据锰铜减振合金的阻尼机制，通过热处理提高锰铜减振合金阻尼性能的过程，就是通过特定的热处理制度，提高合金内部马氏体孪晶界面密度的热处理过程。而关于高阻尼锰铜基减振合金中马氏体孪晶的形成机制，一般认为，锰铜减振合金从高温固溶状态降温，随着温度的降低，在大约350-500℃之间的温度范围内，锰铜减振合金微区成分因发生调幅分解而在合金微观区域内形成富锰区和贫锰区，而且这种条幅分解具有分形特点。同时，在此温度范围内保温时效的过程中，随着富锰区中锰含量的逐步增加，可导致合金γ相的顺磁-反铁磁转变温度点逐渐上升。在后继持续降温冷却的过程中，顺磁-反铁磁转变引起的内应力增大与富锰区贫锰区之间的晶格失配引起的内应力增大将发生耦合叠加，从而引起合金中γ相晶格畸变加剧，导致富锰区fcc相向fct相发生类马氏体转变，以便释放晶格畸变引起的内应力。这种类马氏体转变最终使得合金微区中富锰区域产生了高密度的显微孪晶，这种微孪晶结构使热处理后的热锻锰铜减振合金具有了高阻尼特性。
因此，对于热锻态锰铜减振合金，为了提高其减振性能，为了在锰铜减振合金中产生大量显微孪晶结构，首先要使热锻态的锰铜合金坯料完成充分的再结晶，就要在热处理过程中充分利用材料在不同温度区间出现的调幅分解效应、顺磁-反铁磁转变效应和马氏体相转变效应。通过上述效应时效处理的叠加，达到优化提高锰铜减振合金综合性能的目的。
专利CN201510893405公开了一种提高锻造MnCu合金阻尼性能的方法，其特征在于将经过固溶处理和时效处理的锻造Mn-Cu基阻尼合金反复进行深冷处理，具体为把锰铜减振合金从室温冷却至-160℃～-60℃，并在此温度下保温0.5～4.5小时。这种复杂的热处理工艺大大增加了生产成本，不利于批量生产。
专利CN103556020B公开了具有优良力学性能的高锰含量锰铜高阻尼合金，其热处理工艺为780-900度保温0.5-18小时，然后随炉冷却。这种热处理方式过于简单，没有充分利用锰铜减振合金在中温区发生的调幅分解效应和马氏体相转变。
专利CN104762540公开了一种高阻尼锰铜减振合金及制造方法，其材料热处理制度为：在氢气氛下加热至800-900℃，保温1小时，然后以不大于5℃的速度冷却至400-550℃，保温1-5小时，然后以不大于5℃的速度冷却至室温出炉。这种热处理方法利用了锰铜减振合金在中温区的调幅分解效应，但没有充分利用马氏体相变。
专利CN103966493B一种高阻尼Mn-Cu基减振合金及其制备方法的热处理制度为：获得的铸件经过700-800℃经历50％的热锻变形后在700℃下退火2小时，之后置于350℃的热处理炉中保温1小时后，取出便得到Mn-Cu基减振合金材料。也是利用了锰铜减振合金在中温区发生调幅分解效应，但没有充分利用马氏体相变过程。
专利CN102154600将锰铜减振合金在830℃～850℃固溶0.5～2h，然后水淬1～2min；再放入热处理炉中加热到150℃～180℃，并在150℃～180℃的炉中保温5min，再次水淬1～2min；循环热处理30次左右，得到具有稳定阻尼性能的中锰锰铜减振合金。利用了马氏体相变过程，没有利用条幅分解过程。而且反复水淬，不利于生产操作。
可以看出，上述锰铜减振合金专利中的各种热处理方法，虽然使锻态锰铜减振合金具备了阻尼性能，但并没有充分综合合理利用锰铜减振合金降温过程中的调幅分解现象、顺磁-反铁磁转变和马氏体相转变效应。也就是说，合金的阻尼性能还有进一步优化提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，该热处理方法通过合理充分利用合金中的各种物理机制，可进一步提高锻造锰铜减振合金的阻尼特性。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，包括
步骤一：将锻造锰铜减振合金坯料置于气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5～10℃/min，升温至850～950℃时保温固溶处理，保温1h以上；
步骤二：炉冷降温至400～450℃，保温2～8h后进行淬火处理；或者850～900℃时保温固溶处理后直接水淬，然后重新加热至400～450℃，保温2～8h后进行淬火处理；
步骤三：淬火处理后重新放入热处理炉中，加热至200-300℃，保温1-2h，然后炉冷处理。
进一步改进在于，所述气氛热处理炉是指真空气氛热处理炉或者保护气体气氛热处理炉。
进一步改进在于，为进一步增大材料阻尼值，可将步骤三重复三次以上。
本发明的有益效果在于：相比于现有工艺，本发明充分利用锰铜减振合金降温过程中的调幅分解效应、顺磁-反铁磁转变效应和马氏体相转变效应，从而能够进一步提高热锻态锰铜减振合金的阻尼性能。
附图说明
图1为实施例1的热处理过程示意图；
图2为实施例3的热处理过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：将热锻合金坯料置于氩气气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5℃/min；升温至850℃时保温固溶处理，保温1h以上；
步骤二：炉冷降温至430℃保温2h，然后水淬处理；
步骤三：重新放入热处理炉中，升温速率5℃/min，加热至280℃，保温1h，然后炉冷处理。
实施例2
一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，包括
步骤一：将热锻合金坯料置于真空热处理炉中，通电加热，升温速率8℃/min；升温至950℃时保温固溶处理，保温1h以上；
步骤二：降温炉冷至450℃保温3h，然后水淬处理；
步骤三：重新放入热处理炉中，加热至200℃，保温2h，然后空冷处理。
实施例3
一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，如图2所示，包括
步骤一：将热锻合金锭置于氩气气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5℃/min；升温至900℃时保温固溶处理，保温1h以上；
步骤二：水淬处理，然后重新放入热处理炉中，430℃保温3h，然后再水淬处理；
步骤三：重新放入热处理炉中，加热至300℃，保温1h，然后炉冷处理。
实施例4：
一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，包括
步骤一：将热锻锰铜合金坯料置于氩气气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5℃/min；升温至850℃时保温固溶处理，保温3h；
步骤二：降温至400℃保温3h，然后水淬处理；
步骤三：重新放入热处理炉中，快速升温至260℃，保温1h，然后炉冷；反复多次进行该步骤所述的冷热交替热处理过程。
表1给出了经过上述四种实施例热处理后的合金和现有工艺处理合金阻尼性能对比数据。
表1：合金阻尼性能的对比数据
Figure BDA0002047352980000061
从上表可以看出，采用本发明四种实施例热处理后的合金和现有工艺处理合金相比，其阻尼性能均有明显提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，其特征在于：包括
步骤一：将锻造锰铜减振合金坯料置于气氛热处理炉中，通电加热，升温速率5～10℃/min，升温至850～950℃时保温固溶处理，保温1h以上；
步骤二：炉冷降温至400～450℃，保温2～8h后进行淬火处理；或者850～900℃时保温固溶处理后直接水淬，然后重新加热至400～450℃，保温2～8h后进行淬火处理；
步骤三：淬火处理后重新放入热处理炉中，加热至200-300℃，保温1-2h，然后炉冷处理；
为进一步增大材料阻尼值，将步骤三重复三次以上。
2.根据权利要求1所述的一种锻造态锰铜减振合金的热处理方法，其特征在于：所述气氛热处理炉是指真空气氛热处理炉或者保护气体气氛热处理炉，所述保护气体为氩气、氢气或氮气。
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