DE2450607C3

DE2450607C3 - Verwendung einer Legierung zur Herstellung von Teilen mit hohem Dämpfungsvermögen und hoher Absorption von Vibrationen und Lärm

Info

Publication number: DE2450607C3
Application number: DE19742450607
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki Abe; Takashi Ebina Kanagawa Fujita; Mituo Yokohama Kawai; Masatoshi Nakagawa; Hideo Shirai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-24
Publication date: 1978-04-13
Also published as: BE821607A; ATA870174A; FR2249174B1; GB1484718A; JPS5071512A; SE421136B; CA1043670A; DE2450607B2; CH612216A5; SE7413508L; AT339354B; DE2450607A1; NL173071C; NL7414036A; JPS521683B2; FR2249174A1

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legierung zur Herstellung von Teilen (wie von Kompressoren und anderen Vorrichtungen oder Geräten), die ein hohes Dämpfungsvermögen und eine hohe Absorption von Vibrationen und Lärm aufweisen sollen. so

Lärm wird in zunehmendem Maße als öffentliche Belästigung empfunden. Es hat folglich nicht an Versuchen gefehlt, die von den verschiedensten Vorrichtungen und Geräten erzeugten Geräusche zu vermindern. Eine Maßnahme zum Absorbieren von Vibrationen und Lärm besteht in der Verwendung eines hochdämpfenden Materials für diese Vorrichtungen und Geräte. Als hochdämpfende Materialien wurden bereits Kunststoffe verwendet Da jedoch Kunststoffe eine unzureichende mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen, ist ihre Verwendbarkeit aufgrund dieser Nachteile begrenzt. Um nun diesen Nachteilen zu begegnen, wurde bereits versucht, metallische Materialien hoher Dämpfungsfähigkeit zu entwickeln. So wurde beispielsweise bereits mit einer 40 bis 60% Mangan 6s enthaltenden Kupferlegierung gearbeitet. Solche Mangan/Kupfer-Legierungen besitzen eine hohe Dämpfungsfähigkeit bei Temperaturen nahe Raumtempera tur, Die Übergangstemperatur der Pämpfungsfähigkeit ist jedoch niedrig, d, k, sie beträgt 50° bis 8O⁰C, wobei die Dämpfungsffthigkeit bei Temperaturen ober dieser Obergangstemperatur rasch sinkt. Aus diesem Grund eignen sich solche Legierungen nicht als Pämpfungsmaterialien, z, B, zur Herstellung von Ventilfedersitzen für Kompressoren, die Temperaturen von etwa 100⁰C ausgesetzt sind.

In der US-PS 18 50 953 ist eine Eisenlegierung beschrieben, die 1 bis 20% Chrom, 0,4 bis 4,5% Aluminium und gegebenenfalls bis zu 2% Silizium enthält, wobei der Siliziumgehalt nicht höher als der Aluminiumgehalt sein soll und die Summe aus dem Silizium- und Aluminiumgehalt 0,5 bis 5,5% betragen soll. Eine Verwendbarkeit dieser Legierungen als Dämpfungsmaterialien geht aus der US-PS nicht hervor.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine als Dämpfungsmaterial für Vibrationen und Lärm geeignete Legierung anzugeben, die auch bei hohen Temperaturen eine hohe Dämpfungsfähigkeit besitzt und daneben noch eine große mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Be- und Verarbeitbarkeit und ein hervorragendes Antikorrosionsverhalten besitzt

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Legierung, die aus 1 bis 8°/o Aluminium, 2 bis 30% Chrom, Rest Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen (als Spuren) besteht und die bei einer Temperatur von 700° bis 1200⁰C wärmebehandelt wurde, zur Herstellung von Teilen, die ein hohes Dämpfungsvermögen und eine hohe Absorption von Vibrationen und Lärm aufweisen müssen.

Bei der Herstellung von vibrierenden und lärmerzeugenden Werkstücken und Verwendung einer hochdämpfenden Legierung des beschriebenen Typs wird aus den genannten Legierungsbestandteilen eine Schmelze hergestellt und die erhaltene Legierung nach dem Schmieden, Gießen, Walzen und dergleichen bei einer Temperatur von 700" bis 520O⁰C wärmebehandelt.

Die Zeichnung zeigt einen graphischen Vergleich der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungsfähigkeit einer erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierung einerseits und einer bekannten Legierung andererseits.

Eine erfindungsgemäß zu verwendende hochdämpfende Legierung enthält 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4% Aluminium, 2 bis 30, vorzugsweise 5 bis 20% Chrom und zum Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Zur Desoxidation und Entschwefelung kann einer erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierung beispielsweise weniger als 04% Silizium und weniger als 1,0% Mangan zugesetzt werden. Zur verbesserten Bearbeitung können weniger als 1% Schwefel, Blei und/oder Calcium zulegiert werden. Weiterhin können zur Verbesserung des Korrosionsverhaltens Nickel, Kupfer und dergleichen in Mengen von weniger als 1% zulegiert werden.

Im folgenden seien nun die Gründe für die Begrenzung der Mengenanteile der Legierungsbestandteile näher erläutert.

Aluminium bildet ein wesentliches Element für die Verbesserung der Dämpfungsfähigkeit. Wenn es in geringeren Mengen als 1% vorhanden ist, erreicht man keine für die Praxis ausreichende Dämpfungsfähigkeit Wenn der Aluminiumanteil größer als 8% ist, sinkt einerseits die Dämpfungsfähigkeit, andererseits wird die bildsame Formgebung beeinträchtigt.

Wenn der Chromanteil unter 2% sinkt, wird die Dämpfungsfähigkeit nicht verbessert. Wenn andererseits der Chromanteil 30% übersteigt, wird zwar das Korrosionsverhalten weiter verbessert, die Dämpfungsfähigkeit sinkt jedoch.

Wenn der hochdämpfenden Legierung als Desoxidations- und Entschwefelungsmittel Silizium und Mangan zugesetzt werden und deren Menge 0,5 bzw, 1% übersteigt, werden di·· mechanischen Eigenschaften, z.B. die Bildsamkeit der betreffenden Legierung, unzweckmäßig stark beeinträchtigt

Außer den genannten wesentlichen Bestandteilen können die erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierungen als Verunreinigung Kohlenstoff, Phosphor und dergleichen enthalten. Der Gehalt

Tabelle

an Kohlenstoff, Phosphor und dergleichen liegt vorzugsweise unter 0,5%,

Die Legierung kann nach dem Gießen, Schmieden, Walzen und dergleichen bei einer Temperatur von 700° bis 1200°, vorzugsweise 900° bis 1050° C, wärmebehandelt und dann langsam abgekühlt werden. Wenn die genannte Wärmebehandlungstemperatur 700° C unterschreitet, erreicht man keine ausreichende Dämpfungsfähigkeit, Wenn andererseits die Wärmebehandlungstemperatur 1200° C übersteigt, wird das Verfahren aus Kostengründen unwirtschaftlich. Weiter kommt es zu einer Vergröberung der Korngröße und zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Legierung	Zusammensetzung	Cr	in %	Mn	C	weitere Legie	= 0,07	Fe	Wärme	Dämp
						rungsbestand	= 0,56		behandlung-	fungs-
	AI		Si			teile	= 0,06		temperatur -und	fähigkeit
		2,98		0,19	0,012		= 0,81	Rest	-dauer	bei Raum
		8,10		0,21	0,009	—	= 0,93	Rest		tempera tur
Beispiel 1	1,03	3,13	0^2	0,21	0,013	—		Rest	700°C χ 1 h	371
Beispiel 2	1,00	731	0,19	0,21	0,011	—		Rest	desgl.	420
Beispiel 3	3,01	15,11	0,21	0,18	0,009	—		Rest	desgl.	553
Beispiel 4	3,02	732	0,18	0,20	0,008	—		Rest	desgl.	568
Beispiel 5	234	15,20	0,22	0,21	0,012	—		Rest	desgl.	394
Beispiel 6	5,03	283	0,20	0,20	0,012	—		Rest	desgl.	571
Beispiel 7	438	9,85	0,21	—	0,014	—	Rest	desgl.	568
Beispiel 8	1,08	930	0,21	—	0,014	—	Rest	desgl.	433
Beispiel 9	3,46	9,88	—	0,19	0,017	—	Rest	desgl.	572
Beispiel 10	339	10,80	0,18	0,14	0,016	S =	Rest	desgl.	555
Beispiel 11	3,51	11,00	—	0,18	0,015	Pb =	Rest	desgl.	566
Beispiel 12	236		0,20			Ca =		desgl.	491
Beispiel 13	3,03	11,55	0,18	0,20	0,019	Cu =	Rest	desgl.	488
		10,96		0,19	0,015	Ni =	Rest
Beispiel 14	3,00	6,56	0,22	0,21	0,020	—	Rest	desgl.	456
Beispiel 15	239	11,84	0,14	0,23	0,017	—	Rest	desgl.	449
Beispiel 16	2,11	2036	0,26	0,19	0,019	—	Rest	1000°C χ 1 h	1180
Beispiel 17	3,19	11,84	0,19	0,23	0,017		Rest	desgl.	1830
Beispiel 18	1,07	—				desgl.	970
Beispiel 19 Tabelle	3,19	0,19				1200°C χ 1 h	1600

Legierung Zusammensetzung in %

Al Cr Si Mn

Ni

Cu

Vergleichs	1,01 -	0,23	0,18	0,013 -
beispiel	3,03 -	0,20	0,21	0,008 -
1	3,04 =	0,23	0,19	0,011 =
2		0,21	0,20	0,012 -
3
4

0.5

0.001 46.6 -

	Wärmebehandlungs	Dämp-
Fe	temperatur und -dauer	fungs- fähig-
		keit bei
		Raum-
		tem-
		pera-
		tur
Resl	700°C χ 1 Std.	162
Rest	desgl.	185
Rest	desgl.	158
Rest	desgl.	153
	1200°C xl Std.-
	250°C/Std.
Rest	-300°C	261

Fortsetzung

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W .mm Ih-Ii.iMiMiniL's D.ni'p

iliii|Hi .(teil ihhI iI.iik-i !uiil-··
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ImH he

K. ι

lein

Vergleiehsbcispicl

3,02 -

0,42 0.001 78,8 4.82 - Rest -600⁰C- 86

100°C/Std.
-300° C

— Ofenkühlung

690⁰C χ 1 Std.

— Wasserkühlung

- Rest - -200°C χ 12 Std. 865

-440 C χ I Std.

- 40,8

0,23 0.70 0,41

Rest -

10

Aus den für die einzelnen Legierungen genannten Bestandteilen wurden Schmelzen bereitet, aus denen dann durch Gießen, Schmieden und Walzen etwa I mm starke Bleche hergestellt wurden. Aus jedem Blech wurde ein etwa 10 mm breiter und etwa 100 mm langer Prüfling ausgeschnitten. Nachdem der jeweilige Prüfling angelassen worden war, wurde er in Biegungsschwingung versetzt, wobei bei Raumtemperatur ein Schwingungsdekrement ό bestimmt wurde. Da das Schwingungsdekrement in hohem Maße amplitudenabhängig ist, wurde der gesamte Prüfling in eine Schwingung gegebener Amplitude versetzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle enthalten. In der Tabelle ist die Dämpfungsfähigkeit als Relativwert, bezogen auf den Wert 10 des Schwingungsdekrements eines kaltgewalzten Stahles der jap. Normbezeichnung JIS S40C des Vergleichsbeispiels 8, angegeben.

Aus der Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierungen im Vergleich mit den Legierungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 und 8 eine ausgezeichnete Dämpfungsfähigkeit besitzen. Aus der Tabelle geht ferner hervor, daß die bei einer Temperatur von 1000° C wärmebehandelte Legierung der Beispiele 16 bis 18 eine etwa dreimal höhere Dämpfungsfähigkeit aufweisen als die Legierungen der Beispiele, bei denen die Wärmebehandlung bei einer Temperatur vcn 700⁰C erfolgte.

Mit den Legierungen des Beispiels 3 und Vergleichsbeispiels 7 wurden in der geschilderten Weise die Temperatureigenschaften der Dämpfungsfähigkeit von Raumtemperatur bis 300⁰C bestimmt Die graphische Darstellung zeigt die Beziehung zwischen der Dämpfungsfähigkeit und der Temperatur. Wie aus der graphischen Darstellung hervorgeht, ist bei der Mangan/AIuminium/Kupfer-Legierung des Vergleichsbeispiels 7 die Dämpfungsfähigkeit bei Raumtemperatur größer als die Dämpfungsfähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierung; bei einer Temperatur von etwa 70° C sinkt jedoch die Dämpfungsfähigkeit der bekannten Legierung plötzlich ab. Im Gegensatz dazu behält die hochdämpfende Legierung gemäß Beispiel 3 ihre hohe Dämpfungsfähigkeit im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis etwa 300° C nahezu unverändert bei, d. h. die Tempera-2«; tureigenschaften der Dämpfungsfähigkeit einer erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierung sind ausgezeichnet. Dasselbe gilt für die Legierung der ändern Beispiele.

Das Dämpfungsvermögen der erfindungsgemäß zu

yo verwendenden Legierungen verändet sich im Verlauf der Zeit nur wenig. Dagegen erleidet die Legierung des Vergleichsbeispiels 7 innerhalb eines Jahres eine Einbuße des Dämpfungsvermögens von etwa 20% und innerhalb von 2 Jahren eine solche von etwa 40%.

.15 Die Zugfestigkeit einer erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierung (Beispiel 3) beträgt 56,4 kg/mm²; die Zugfestigkeit der Legierung des Vergieichsbeispiels 6 beträgt 453 kg/mm².
Aus diesen Werten geht hervor, daß die erfindungsgemaß zu verwendenden hochdämpfenden Legierungen darüber hinaus auch noch eine größere mechanische Festigkeit besitzen.

Die bekannten Legierungen, wie jene des Vergleichsbeispiels 7, erfordern ferner im Gegensatz zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen aufwendige Wärmebehandlungen.

Auf die Legierungen der Beispiele 4 und 5 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde zur Ermittlung des Korrosionsverhaltens Salzwasser aufgesprüht. Das eine

so 5%ige Konzentration aufweisende Salzwasser wurde auf jeden Prüfling in einem Winkel von etwa 45^C oei einer Temperatur von 35° +2° C und einem Druck von 0,7 bis 0,8 kg/cm² aufgesprüht Hierauf wurden die einzelnen Prüflinge 16 h lang liegengelassen. Hierbei bildete sich auf der gesamten Oberfläche der Legierungen der Vergleichsbeispsiele 1 und 2 eine tiefe rote Rostschicht Im Gegensatz dazu waren die Legierungen der Beispiele 4 und 5 lediglich teilweise angelaufen. Dies zeigt daß die erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierungen im Vergleich zu den bekannten Legierungen ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten zeigen.

Wie bereits erwähnt besitzen die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen selbst bei hohen

fts Temperaturen eine erhöhte Dämpfungsfähigkeit Daneben weisen sie auch eine ausgezeichnete bildsame Bearbeitbarkeit bzw. Formbarkeit ein hervorragendes Korrosionsverhalten und eine verbesserte mechanische

Festigkeit auf. Sie stellen somit wertvolle Materialien für die Industrie dar.

Es sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden hochdämpfenden Legierungen, d. h. die Cr/Al/Fe-Legierungen der angegebenen Zusam-

mensetzung, nach ihrer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700° bis 1200° C ganz bestimmte magnetische Eigenschaften, nämlich eine Koerzitivkraft von höchstens 1,2Oersted, aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung, die aus 1 bis 8% Aluminium, 2 bis 30% Chrom, Rest Eisen und s erschmelzungsbedingten Verunreinigungen (als Spuren) besteht und die bei einer Temperatur von 700 bis 1200⁰C wärmebehandelt wurde, zur Herstellung von Teilen, die ein hohes Dämpfungsvermögen und eine hohe Absorption von Vibrationen und ι ο Lärm aufweisen sollen.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die weiter weniger als 0,5% Silizium enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die weiter weniger als 1 % Mangan enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiter weniger als 1% Schwefel und/pOer Blei und/oder Calcium enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiter weniger als 1 % Nickel und/oder Kupfer enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die aus 2 bis 4% Aluminium, 5 bis 20% Chrom, Rest Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.

7. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Oesamtgehalt an Verunreinigungen unter 04% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.

8. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Maßgabe, daß die Legierung nach der gewünschten Formgebung bei einer Temperatur von 900° bis 1050⁰C wärmebhandelt wurde, für den Zweck nach Anspruch 1.

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