CN1179063C - 一种具有制震效果的合金 - Google Patents
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Abstract
一种具有制震效果的合金，至少具有包含有下列组成成分的合金所构成：至多0.03wt%的C、0.2-0.6wt%的Si、至多0.15wt%的Mn、至多0.03wt%的P、至多0.03wt%的S、10.5-13.5wt%的Cr、0.8-1.4wt%的Mo、0.8-1.4wt%的Al、0.8-1.4wt%的Ni、0.02-0.1wt%的Nb、至多0.01wt%的N、至多0.03wt%的Cu，其余为Fe；该合金需经过至少一道次的真空熔炼，并再经过950-1000℃×1hr的正火，使该合金的主要晶相组织为铁素体。
Description
技术领域
本发明是与材料有关，特别是关于一种具有较佳制震效果的一种具有制震效果的合金。
背景技术
由于制造技术的提升，许多产品的精度以达次微米的地步，因此制造高精度产品的机具需要极高的稳定性。在制造过程中，因机具运转所产生的震动，如未妥善处理，即可能造成制程失败。因此在上述制造机具的底座均会装这具有高制震效果的金属，作为吸收机具运转所产生的震动之用。习知的高精度机具大多是以S25C碳钢、纯镁或是铝为其底座的吸震材料。然，S25C碳钢(S25C碳钢的组成成分与主要机械性质如表二与表三所示)可提供的阻尼性质仍未臻理想(Q-1＝0.5×10-2)，亦即，S25C碳钢可产生的制震效果有限。另外，S25C碳钢耐腐蚀效果差，易被腐蚀。纯镁或铝虽可提供较佳的制震效果，然其强度低，且不易焊烧为其最大的缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有制震效果的合金，具有较佳的制震效果。
本发明的再一目的在于提供一种具有制震效果的合金，具有较佳的抗腐蚀性。
为达成上述目的，依据本发明所提供的一种具有制震效果的合金，其特征在于，包含有下列成分：至多0.03wt％的碳、0.2-0.6wt％的硅、至多0.15wt％的锰、至多0.03wt％的磷、至多0.03wt％的硫、10.5-13.5wt％的铬、0.8-1.4wt％的钼、0.8-1.4wt％的铝、0.8-1.4wt％的镍、0.02-0.1wt％的铌、至多0.01wt％的氮、至多0.03wt％的铜，其余为铁；该合金需与至少一道次的真空熔炼，并再经过预定时间与预定温度的正火，使该合金的主要晶相组织为铁素体。
其中该合金的碳含量以低于0.01wt％为最佳。
其中该合金的硅含量以0.35wt％为最佳。
其中该合金的磷含量以低于0.01wt％为最佳。
其中该合金的硫含量以低于0.01wt％为最佳。
其中该合金的铬含量以12wt％为最佳。
其中该合金的钼含量以1wt％为最佳。
其中该合金的铝含量以1wt％为最佳。
其中该合金的镍含量以1wt％为最佳。
其中该合金的铌含量以0.04wt％为最佳。
其中该合金的正火的温度在950℃-1000℃之间。
其中该合金的正火的时间在0.8小时-1.2小时之间。
具体实施方式
以下兹举一佳实施例对本发明作进一步的说明：
在完成符合本发明的具有制震效果的合金的要求特性之前，发明人事先制作出各种不同元素成分与比例的试验合金，并测试其各种机械性质，以为制作本发明所需的合金的依据。
发明人一共制作出七种试验合金(F1-F7)，其成分与机械特性如表一所示。
表一
| C | Si | Cr | Ni | Mo | Al | Nb | N | C+N | P | S | 阻尼值(Q-1×10-2) | 降伏强度(Mpa) | 抗张强度(Mpa) | 伸长率(％) | 继缩率(％) | 晶相组织 | |
| F1 | 0.039 | 0.26 | 12.05 | - | 1.16 | 0.96 | 0.048 | 0.0036 | 0.042 | ＜0.02 | ＜0.02 | 5.5 | 284.7 | 450.8 | 30.5 | 51.6 | 铁素体 |
| F2 | 0.004 | 0.29 | 11.99 | - | 1.15 | 0.96 | 0.042 | 0.0042 | 0.0082 | ＜0.02 | ＜0.02 | 6.4 | 270.4 | 442.2 | 48.0 | 78.6 | 铁素体 |
| F3 | 0.032 | 0.28 | 15.16 | - | 1.15 | 0.97 | 0.042 | 0.0032 | 0.0352 | ＜0.02 | ＜0.02 | 5.9 | 320.9 | 462.1 | 24.4 | 47.4 | 铁素体 |
| F4 | 0.036 | 0.32 | 15.36 | - | 1.13 | - | 0.043 | 0.0032 | 0.0392 | ＜0.02 | ＜0.02 | 5.4 | 285.1 | 466.3 | 31.8 | 65.2 | 铁素体 |
每一试验合金均在真空感应炉中进行真空溶解(VIM)，锻造温度为950℃-1050℃，轧制温度在950℃-1050℃之间。试验合金的阻尼值(Q-1)以音频共振法测试，激励电压为15V；拉伸测试使用万能试验机测试；晶相组织以试片利用显微镜观察。
根据表一的数据，我们将各种试验合金的组成元素对材料性质所产生的影响归纳如下：
1.以合金的晶相组织来看，属于铁素体+珠光体双晶相组织的F5与F6合金，其阻尼值较低(Q-1-2.3与3.6)；其他合金则属铁素体单晶相组织的阻尼值(Q-1-5.4～7.6)均双晶相组织合金至少高出2倍以上。由此可知，铁素体单晶相组织的合金具有高的制震效果。
2.一般而言，Cr(铬)的加入可提高材料的耐蚀性。然由表一发现：当Cr(铬)含量大于10wt％时，合金的阻尼性大幅提高。对照F1与F3发现，Cr含量由12wt％增加至15wt％时，其阻尼性提高量并不大，然伸长率却有明显下降。对照F1与F6发现，当Cr含量降至大约在10wt％左右时，由于第二相珠光体的形成，合金的阻尼性大幅下降。以此观点，Cr含量大约控制在12wt％左右为较佳。
3.当C(碳)含量很低时，如F2与F7，其阻尼性与其他机械性质均有不错的表现，但考虑到冶炼工艺困难度的问题，C含量不宜过低，以控制在≤0.03wt％为较适当的选择。
4.Ni(镍)的加入可改善材料的韧性，但容易产生铁素体+珠光体的双晶相组织。对照F5与F7，唯有在低的C含量下加入Ni，才可使合金产生铁素体的单晶相组织。
5.对照F3与F4，Al(铝)的加入可提高材料的阻尼性，但过高会产生奥氏体(Austenite)与铁素体的双晶相组织；因此Al的含量以控制在1wt％最佳。
6.Nb(铌)的微量增加可使晶粒细微化，大约以0.04wt％的含量较为适当。
7.Mo(钼)主要是强化晶相基地以及提高强度与耐蚀性，一般以含量控制在1wt％左右最佳。
8.Si(硅)含量太高，材料脆性提高；含量太低，则制震效果受到影响；因此Si含量以0.35wt％为较佳。
根据以上的实验结果，发明人制作出一种特殊的合金钢，发明人将其命名Fekral，其构成成分(请对照参阅表二)：≤0.001wt％的C(碳)、0.3821wt％的Si(硅)、0.0801wt％的Mn(锰)、0.0119wt％的P(磷)、0.0046wt％的S(硫)、12.45wt％的Cr(铬)、1.2l9wt％的Mo(钼)、0.942wt％的Al(铝)、1.178wt％的Ni(镍)、0.045wt％的Nb(铌)、≤0.01wt％的N(氮)、≤0.03wt％的Cu(铜)，其余大致为Fe(铁)。该Fekral合金钢的冶金制程需经过至少一道次的真空熔炼，使用前需再经过950℃×1hr的正火，使该Fekral合金钢的主要晶相组织为铁索体(Ferrite)。
表二
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ni | Nb | N | Cu | Fe | |
| Fecral | ＜0.001 | 0.3821 | 0.0801 | 0.0119 | 0.0046 | 12.45 | 1.219 | 0.942 | 1.178 | 0.045 | 0.008 | 0.0212 | Bal |
| S25C | 0.22-0.28 | 0.1max | 0.3-0.4 | 0.4max | 0.05max | - | - | - | - | - | - | - | Bal |
表二
| 阻尼值(Q-1×10-2) | 降伏强度(Mpa) | 抗张强度(Mpa) | 伸长率(％) | 继缩率(％) | 晶相组织 | |
| Fecral | 9.0 | 343 | 550 | 38 | 72 | 铁素体(ferrite) |
| S25C | 0.5 | 294 | 490 | 27 | 47 | 铁素体+珠光体 |
该Fekral合金钢的主要机械性质请参阅表三所示。表三另外列出S25C碳钢的材料性质以为对照。根据二者(Fekral与S25C)的对照数据发现，该Fekral合金钢的阻尼值(Q-1＝9.0×10-2)大于S25C(Q-1＝0.5×10-2)约18倍。而在降服强度、抗张强度、伸长率以及断缩率方面，该Fekral合金钢的表现均明显优于S25C。
该Fekral合金钢的阻尼值高于S25C的主要原因是在二者的晶相组织的不同。该Fckral合金钢的晶相组织为铁素体。根据材料科学的理论，铁素体质软，组织经正常化后较为均匀，易于将垂直方向的力源由晶界吸收至水平方向，因此可提高材料的制震性质。而S25C的主要晶相为铁素体+珠光体，因此以铁素体单晶相组织的该Fekral合金钢所提供的制震性为低。
接下来，发明人将该Fekral合金钢与S25C浸泡于海水中，以测试其腐蚀量(试料在每平方公尺，每小时的重量差；g/hm2)，实验结果请参照表四所示。
表4
单位：g/hm2
其结果发现，该Fekral合金钢在第二天的腐蚀量较高(0.0231g/hm2)，之后腐蚀量逐渐降低，在第25天后，该Fekral合金钢的腐蚀量仅有0.0003g/hm2；而S25C会因腐蚀而造成重量的减损，且其腐蚀量会逐渐升高，大约在第18天以后，其腐蚀量维持在0.03g/hm2，为该Fekral合金钢腐蚀量的100倍。由此可知，该Fekral合金钢具有较佳的耐腐蚀性。
以前述方式所制作的一种具有制震效果的合金具有以下优点：
1.由于该Fekral合金是以铁素体单一晶相所构成的材料，较其他双晶相组织的碳钢材料提供较高的制震效果(相较于双晶相组织的S25C碳钢，该Fekral合金的阻尼值(Q-1)高于S25C碳钢约18倍)。因此本发明所提供的Fekral合金可提供较高的吸震效果。
2.本发明的Fekral合金除了可提供较佳的制震效果外，同时具有较高的耐腐蚀性质，因此在制作过程中，不需要如习用材料(S25C)一般，要以表面电镀的制程来达成其耐腐蚀的效果，可减少一种具有制震效果的合金的加工制程程序，进而降低制作成本。
3.本发明的Fekral合金本质上为一种不锈钢，因此在烧焊结合(无论是软焊或是硬焊)均比习用的纯镁或铝来的容易，且可提供的焊接强度与成功率亦较高。
最后对本发明所提供的Fekral合金提出补充说明：本发明所提供的Fekral合金不仅限于如本说明书背景部分所述的用于高精度制造机具的底座吸震用；其他需要以具有高制震效果材料制造的机具或物品，如使用本发明的Fekral合金，均应属于本发明的发明范围中。
Claims (12)
1.一种具有制震效果的合金，其特征在于，包含有下列成分：至多0.03wt％的碳、0.2-0.6wt％的硅、至多0.15wt％的锰、至多0.03wt％的磷、至多0.03wt％的硫、10.5-13.5wt％的铬、0.8-1.4wt％的钼、0.8-1.4wt％的铝、0.8-1.4wt％的镍、0.02-0.1wt％的铌、至多0.01wt％的氮、至多0.03wt％的铜，其余为铁；该合金需与至少一道次的真空熔炼，并再经过预定时间与预定温度的正火，使该合金的主要晶相组织为铁素体。
2.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的碳含量低于0.01wt％。
3.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的硅含量为0.35wt％。
4.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的磷含量低于0.01wt％。
5.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的硫含量低于0.01wt％。
6.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的铬含量为12wt％。
7.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的钼含量为1wt％。
8.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的铝含量为1wt％。
9.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的镍含量为1wt％。
10.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的铌含量为0.04wt％。
11.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的正火的温度在950℃-1000℃之间。
12.根据权利要求1所述的一种具有制震效果的合金，其特征在于，其中该合金的正火的时间在0.8小时-1.2小时之间。
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