CN86102543A - 铁铬系多元哑声减振钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是铁—铬系哑声减振钢及其制造方法，属于铁基合金及其冶炼的领域。本发明在冶炼过程中添加Si—Ca合金、Ti—Fe合金、混合稀土金属或其合金(稀土—镁、稀土—钙、稀土—镁—硅合金等)中的一种、二种或三种，以脱除钢中非金属杂质，实现非真空冶炼。本发明的合金成分除Fe、Cr外，还含有Mo、Si、Cu、Ti、Mn、C及混合稀土中的三种或三种以上的成分，其抗拉强度在45～85kg/mm²，内耗Q^-1在200～450×10^-4。本发明可用于各种振动与噪声危害较大的机电产品上。

Description

本发明是铁铬系多元哑声减振钢及其制造方法，属于铁基合金及其冶炼的领域。

用金属结构材料制成的机械传动部件、振动部件或打击部件在工作中产生振动和噪声，影响产品质量，有害人体健康。因此，减小机械结构部件的振动，降低噪声已成为提高产品质量，减少社会公害，防治环境污染的重要课题。而工业上利用结构材料本身的高阻尼特性达到减振降噪的目的，则是最近二十年的事。哑声减振合金亦称高阻尼合金，就是这种新型的金属功能结构材料，它可将振动机械能通过内部微观结构运动，转变为热能而耗散掉（亦称内耗）。这类合金既要求有结构材料的高强度，又要求有较高的内耗。六十年代末出现的锰-铜基铸造合金，其抗拉强度σb达到60kg/mm²，内耗Q^-1高达600×10^-4，应用在工业设备上通常可使噪声降低10分贝（见：“防振合金の最近の进步”，铁と钢，第60卷（1974）第14号;“防振合金の开发利用现状”，金属材料（日），Vol.15，No 11（1975））。然而这种合金由于成本太高，应用受到限制。七十年代以来，又出现了铁基高阻尼合金，它是利用磁畴壁的非可逆运动导致的磁-机械滞后而耗散能量的铁磁型阻尼合金，其性能虽然略低于锰-铜合金，但由于性能价格比优良，因而得到广泛的应用，一般能使噪声降低5～8分贝。如（1）美国专利US-4204888提出了有较好减振性能和较高强度的铁-铬-铜或钼以及其它元素组成的合金系列;（2）日本专利特公昭56-31348公布了铁-硅与其它元素构成的三元系及铁-硅-钛与其它元素构成的四元系减振合金;（3）日本专利特开昭56-163241的铁-铜和其它元素组成的三元系减振合金;（4）日本专利特公昭57-38667的铁-钛与其它元素组成的三元系合金;（5）美国专利US 4410374的含多种元素的铁基减振合金。上述专利文件中介绍的合金其内耗Q^-1一般为1×10^-4的几十到一百倍，抗拉强度为40～60kg/mm²。只有（1）、（2）中的个别合金Q^-1达到300×10^-4以上。这些专利文献中的添加元素个别有用单个稀土元素（如La，Y或Eu等）的。除（4）以外，上述每一件专利文献中，性能较好的合金系列都添加含量较多的铬（重量百分比10～15%），因此，可认为是铁-铬系高阻尼合金钢（或铁-铬系减振钢）。我们的实验证明，铁-铬系合金钢中的非金属杂质（如氧、氮、碳、磷、硫等）会使合金的减振性能降低。因此，它们一般在真空条件下冶炼，对原材料纯度要求也较高。高纯度原料和庞大的真空设备使铁-铬系减振钢的成本大大提高。

本发明的目的是在非真空（大气）条件下冶炼铁-铬系减振钢，以降低生产成本。并使合金的抗拉强度σb在50kg/mm²以上，内耗Q^-1在200～450×10^-4。

本发明的特征在于冶炼过程中加入对钢中氧、氮、碳、磷、硫等非金属元素有强烈脱除作用的金属或其合金，可以是Si-Ca合金、Ti-Fe合金、混合稀土金属（La、Ce、Pr、Nd的混合物）或其与镁、与钙、与硅-镁-铁等元素构成的合金，可以添加其中的一种、二种或者三种。这些金属或合金的加入可使钢中或从空气中进入钢中的对内耗产生不良影响的非金属杂质基本脱除，从而使铁-铬系减振钢能在非真空条件下冶炼。同时，由于这些金属或合金的加入，对钢具有强化作用，使铁-铬系减振钢的强度也得到提高。

基于本发明的上述冶炼方法，在冶炼过程中添加不同的配料成份，辅以不同的热处理方法，可以得到抗拉强度σb大于60kg/mm²，内耗Q^-1大于300×10^-4的减振合金。也可以适当牺牲减振性能（Q^-1）而使减振钢的抗拉强度提高到80kg/mm²;或者为大幅度提高减振性能（Q^-1达450×10^-4）而适当降低强度（σb在50kg/mm²左右），一般σb的范围在45～85kg/mm²，Q^-1在200～450×10^-4。

本发明的合金制造方法是：用中频感应炉在大气下进行冶炼。先将Fe、Cr-Fe及其它合金Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe等放入炉内，升温熔化，当温度到达1600～1650℃时，加入添加料Al、Cu和Si-Ca或稀土-镁或稀土-钙或稀土-镁-硅-铁合金或者混合稀土金属或者它们的组合，最后加C（石墨）。与通常的炼钢工艺一样，待炉料充分熔化、充分搅拌（磁搅拌）并脱除氧、氮等非金属元素后，立即降低温度至1500℃左右，进行浇注。冶炼过程中所加的Al、Cu及Mo-Fe、Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe合金按配料要求加入其中的一种、二种或三种。

本发明的铁-铬系减振合金钢，铁的含量在78wt%以上，铬的重量百分比含量（下同）是10～15wt%，其余分别含有1～3wt%Mo，0.2～2.5wt%Si，0.2～1.5wt%Ti，0.5～1.5wt%Cu，1～3wt%Al，0.5～1.5wt%Mn，0.05～0.3wt%混合稀土中的三种或多种成份。有的可含少量的C。

表1列出了本发明的八个实施例，列出了八种合金成份、配料成份、合金性能及热处理方法。这八个实施例的合金都含有基本成份Fe、Cr，其它组份有Mo、Si、Cu、Mn、Ti、混合稀土和Al、C等。热处理工艺按不同的组分及对合金的要求有a、b、c、d四种。其中工艺a是对含Mo量较高的合金采取的，它在工业电炉中加热至1050℃，保温1小时，然后以100℃/小时的速率缓冷至200℃以下。工艺b是对不含Mo或Mo含量少的合金采取的，起始加热至1000℃，其余与工艺a相同。热处理工艺a与b都可得到强度高、减振性能好（内耗大）的合金。工艺c与d都是对合金组分中含少量C的合金采取的，其中工艺c为三重热处理，它将合金在工业电炉或渗碳炉中加热至950℃，保温1小时，空冷至200℃以下，再加热至750℃，保温2小时，空冷至150℃以下，最后加热至600℃，保温1小时，空冷至150℃以下，经这种热处理后的抗拉强度适中，减振性能可高达Q^-1～450×10^-4。工艺d经过淬火，可提高合金的表面硬度，以适应表面耐磨等不同需要。具体热处理工艺是：在渗碳炉中加热至950℃，保温1小时，在此温度下渗C或C、N共渗1小时，空冷至200℃以下，用高频感应淬火炉快速加热到850℃，保温15分钟后进行油淬，接着将淬火的合金在130℃油温下保温1小时，取出空冷。

本发明的铁-铬系多元哑声减振钢的抗拉强度σb可达80kg/mm²，内耗（减振性能）Q^-1 _max达450×10^-4，其综合性能远较已有技术所描述的要好，这是由于Ti、Al、Mn、Si、Ca及混合稀土对钢中非金属元素的强烈脱附作用及混合稀土和Ti、Mo等对钢的强化作用而实现的。并且在合金制造工艺上可实现在非真空条件下冶炼，亦不必采用纯度较高的原料，因而大大降低了生产成本，扩大了减振钢的应用范围。它可以应用于各种振动与噪声危害较大的机电产品上，特别在一些机械传动件、振动件和冲击件的机械制造中，可大大提高机械设备的动态稳定性及精密特性，降低噪声水平，提高产品质量。

Claims (10)

1、一种铁-铬系多元哑声减振钢的制造方法，包括冶炼、浇注与热处理工艺，本发明的特征在于冶炼是在非真空的大气条件下进行，冶炼中添加能脱除钢中非金属杂质的金属或其合金。

2、按权利要求1所述的减振钢的制造方法，其特征在于所说的能脱除钢中非金属杂质的金属或其合金可以是Si-Ca合金、Ti-Fe合金、混合稀土金属（La、Ce、Pr、Nd的混合物）或其合金（混合稀土与Mg或与Ca或与Si-Mg-Fe的合金），可以添加其中的一种、二种或者三种。

3、铁-铬系多元哑声减振钢，其中的铁含量在78wt%以上，铬含量为10～15wt%，其特征在于至少有五种组分，除Fe、Cr以外其余组分可以是Mo、Si、Cu、Ti、Al、Mn、C及混合稀土金属中的至少三种。哑声减振钢的抗拉强度在45～85kg/mm²，内耗在200～450×10^-4。

4、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含混合稀土金属的减振钢中，混合稀土金属的重量百分比在0.05～0.3%。

5、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Mo的钢中，Mo重量百分比在1～3%。

6、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Si的钢中，Si含量的重量百分比在0.2～2.5%。

7、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Cu的钢中，Cu的重量百分比为0.2～1.5%。

8、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Al的钢中，Al的重量百分比为1～3%。

9、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Mn的钢中，Mn的重量百分比为0.5～1.5%。

10、按权利要求2所述的哑声减振钢，其特征在于含Ti的钢中，Ti的重量百分比为0.2～1.5%。