CN115404412B - 一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金及制备方法，按重量百分比包括以下化学成分：C：0～0.05％，Mn：13％～27％，Mo：0.2％～1.2％，Als：0.015％～0.03％，Si≤0.1％，P≤0.015％，S≤0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述的铁锰阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体、α'马氏体组织，其中，α'马氏体含量≤30％，ε马氏体含量≥60％。优点是：通过合金元素的添加及热加工工艺，使铁锰阻尼合金兼具高强、高韧、高阻尼以及良好耐蚀性能。工艺简单且实施便捷，可广泛应用于实际生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金及制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，振动、冲击和噪声的控制日益成为一个复杂而迫切的问题，因此对于减振降噪技术的研究，引起了许多部门的普遍重视，尤其在航海、航天和航空、核工业等领域。阻尼合金就是在这种条件下应运而生的，阻尼合金是指具有结构材料应有的强度并能通过阻尼过程(内耗)把振动能较快的转变为热能消耗掉的合金。近年来，我国在这方面作了很多努力，已开发出数十种阻尼合金，形成了一个新兴的功能材料领域。阻尼合金可用于军事工程、航空航天、建筑、船舶、汽车、工程机械等领域的减振降噪。
Fe-Mn基合金是近十几年才开发出的一种新型阻尼合金，是上述几类阻尼合金中强度最高(抗拉强度大于700MPa)、成本最低的(仅为Mn—Cu阻尼合金的1/4)，其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加，并且不受外界磁场的影响。这种合金非常适合承受较大振动和冲击的部件使用。目前限制Fe-Mn基阻尼合金应用的关键问题就是其耐蚀性能较差，研发具有消音隔声功能的高强、高韧、耐蚀、抗振性能的铁基阻尼合金，实现材料的结构-功能一体化是具有十分重要的意义。
现有技术中，专利公开号为CN112899577A，公开了一种Fe-Mn系高强度高阻尼合金的制备方法，该发明中铁锰阻尼合金的强度得到了大幅度的提高，但并未提出改善铁锰阻尼合金耐蚀性差问题，难以进行大规模应用。专利公开号为CN107699668A，公开了一种提高铁锰阻尼合金耐腐蚀性能的方法，属阻尼合金领域，该方法可以提高耐蚀性能，但处理工艺复杂，难以在实际生产大规模应用，且表面的铁素体层也将对力学性能产生影响。
在上述已公开的专利中，都存在着难以兼备高强、高阻尼以及良好的耐蚀性能，或者提高耐蚀性能的方法过于复杂，难以在实际生产中大规模应用，具有较大的局限性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金及制备方法，通过合金元素的添加及热加工工艺，使铁锰阻尼合金兼具高强、高韧、高阻尼以及良好耐蚀性能，工艺简单且实施便捷。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金，按重量百分比包括以下化学成分：C：0～0.05％，Mn：13％～27％，Mo：0.2％～1.2％，Als：0.015％～0.03％，Si≤0.1％，P≤0.015％，S≤0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述的铁锰阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体、α'马氏体组织，其中，α'马氏体含量≤30％，ε马氏体含量≥60％。
一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金的制备方法，依次经转炉或电炉冶炼，连铸或浇铸铸造，轧机轧制，热处理，具体包括：
1)轧制
将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1080-1240℃，保温时间为1-4小时，加热后进行轧制，开轧温度为1030-1170℃；
中厚板轧机轧制：粗轧轧制3-6道次，精轧轧制5-10道次，粗轧轧后温度控制在930-1020℃，精轧终轧温度为760-910℃；最后空冷或水冷至室温；
2)热处理
热处理保温温度为700-1000℃，保温时间为30min-90min；水冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过合金元素的添加及热加工工艺，使铁锰阻尼合金兼具高强、高韧、高阻尼以及良好耐蚀性能。工艺简单且实施便捷，可广泛应用于实际生产中。通过热处理得到适当的ε马氏体、奥氏体和α'马氏体组织，具有较宽的热处理温度工艺窗口。获得的含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥750MPa，断后延伸率≥30％，-20℃冲击吸收功≥200J，对数衰减率δ≥0.09，耐海水腐蚀性能与09CuPCrNi相当。可广泛应用于同时要求减振、降噪、耐蚀的建筑、船舶、工程机械等领域。
本发明通过合理控制组织中各相的比例，得到高强、高阻尼、高塑韧性的Fe-Mn阻尼合金。Fe-Mn阻尼合金之所以具有良好的阻尼性能，主要是源于其组织中的ε马氏体和奥氏体组织，Fe-Mn阻尼合金由于合金中的Mn含量较高，奥氏体不再直接转变为α'马氏体，而是先由γ奥氏体转变为ε马氏体，再发生ε马氏体向α'马氏体转变，这三种相中，α'马氏体能够使得合金具有较高的强度。
本发明在合金添加适量的Mo元素，能够有效地提高合金的淬透性，使得Fe-Mn阻尼合金具有较高的α'马氏体含量，其次Fe-Mn阻尼合金中C元素的存在，是不利于合金的阻尼性能，Mo元素能够与C元素形成碳化物析出，使C元素不再固溶于合金组织中，而是以析出物的形式存在，能够改善C元素所带来的阻尼性能恶化。
本发明通过两阶段控轧，利用非再结晶区域轧制，细化Fe-Mn阻尼合金的组织，得到细小的初始组织，进一步通过热处理工艺，对组织中的相比例进行调控。组织中奥氏体与ε马氏体使得Fe-Mn阻尼合金具有良好的阻尼性能，但如果这两相的比例过高，合金的强度将受到显著影响，不利于获得高强度的阻尼合金，组织中α'马氏体的存在，能够有效地提升Fe-Mn阻尼合金的强度，但α'马氏体含量较高时，会极大地损害Fe-Mn阻尼合金的阻尼性能以及塑韧性，因此这三相比例对于合金的综合性能有着至关重要的作用。
本发明利用Mo元素的添加、两阶段控轧以及适当的热处理工艺，调控Fe-Mn阻尼合金中奥氏体、ε马氏体、α'马氏体这三相的比例，得到一种具备高强度、高塑性、高韧性、高阻尼性能的阻尼合金。此外Mo元素的添加，能够有效的提高合金的耐腐蚀性能，特别是耐Cl-溶液的腐蚀，因此本发明Fe-Mn阻尼合金也具有良好的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为实施例的EBSD相比例图。
图1中，黄色ε马氏体、蓝色奥氏体、红色α'马氏体；
图2为实施例与对比例的阻尼性能与应变振幅的关系图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例
实施例化学成分及对比例的化学成分及含量见表1。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Mn | Mo | Als | Si | P | S |
| 1 | 0.007 | 26.3 | 1.07 | 0.023 | 0.024 | ≤0.015 | ≤0.012 |
| 2 | 0.021 | 23.7 | 0.84 | 0.019 | 0.031 | ≤0.015 | ≤0.012 |
| 3 | 0.033 | 18.4 | 0.58 | 0.024 | 0.027 | ≤0.015 | ≤0.012 |
| 4 | 0.037 | 14.6 | 0.27 | 0.021 | 0.033 | ≤0.015 | ≤0.012 |
| 对比例 | 0.080 | 1.30 | - | 0.015 | 0.2 | ≤0.015 | ≤0.012 |
实施例1～4铁锰阻尼合金组织以ε马氏体和α'马氏体为主，同时含有少量的奥氏体组织，ε马氏体和少量的奥氏体保证实施例具有较好的阻尼性能和塑韧性，α'马氏体的存在，使得本实施例具有较高的强度。
实施例及对比例的轧制工艺见表2。
表2本发明各实施例及对比例的制备工艺参数
实施例及对比例的力学性能、阻尼性能及耐腐蚀性能见表3。
表3本发明各实施例及对比例的力学、阻尼、耐蚀性能测试结果列表
注：腐蚀实验为周浸加速腐蚀实验，实验时间为240h，试验介质为3.5％NaCl溶液。
从表3中可以看出，实施例强度均在屈服强度均在420MPa以上，断后伸长率均在30％以上，-20℃低温冲击吸收功均在200J以上，阻尼性能(对数衰减率)≥0.09，而对比例虽然具有较高的强度，但其断后延伸率、低温韧性及阻尼性能都远远低于本发明实施例。在耐腐蚀性能方面，本发明实施例与09CuPCrNi相当。
Claims (1)
1.一种含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金，其特征在于，按重量百分比包括以下化学成分：C：0~0.05%，Mn：13%~27%，Mo：0.2%~1.2%，Als：0.019%~0.03%，Si：0.024%~0.1%，P≤0.015%，S≤0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述的铁锰阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体、α'马氏体组织，其中，α'马氏体含量≤30%，ε马氏体含量≥60%；
所述的含Mo高强高韧耐蚀铁锰阻尼合金的制备方法，依次经转炉或电炉冶炼，浇铸，轧机轧制，热处理，具体包括：
1）轧制
将铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1080-1240℃，保温时间为1-4小时，加热后进行轧制，开轧温度为1030-1170℃；
中厚板轧机轧制：粗轧轧制3-6道次，精轧轧制5-10道次，粗轧轧后温度控制在930-1020℃，精轧终轧温度为760-910℃；最后空冷或水冷至室温；
2）热处理
热处理保温温度为700-1000℃，保温时间为30min-90min；水冷至室温；
所述的铁锰阻尼合金的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥750MPa，断后延伸率≥30％，-20℃冲击吸收功≥200J，对数衰减率δ≥0.09。
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