JPS5857503B2

JPS5857503B2 - 吸振合金

Info

Publication number: JPS5857503B2
Application number: JP51055277A
Authority: JP
Inventors: 量増本; 昭八沢谷
Original assignee: DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
Current assignee: DENKI JIKI ZAIRYO KENKYUSHO
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1976-05-17
Publication date: 1983-12-20
Also published as: JPS52138419A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は大きな振動減衰能を有する吸振合金訃よびその
製造方法に関するものである。

近時、航空機、船舶、車両などの公害問題を起している
振動および騒音を伴う機械類あるいは振動を伴う精密計
器などには高い減衰能を有する吸振合金よりなる素子が
使用されつつある。

吸振合金としては減衰能Ｑｌの値が０．００５以上のＭ
ｎ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金およびＺｎ−Ａｌ系
合金などが普通用いられている。

この減衰能Ｑｌは次式で表わされる。

Ｑ−］−１ π ただし、δは対数減衰率である。

つｔり減衰能Ｑ１の値が大きいほど短い時間で振動の
振＠カシ」・さくなる、すなわち振動エネルギーの減少
量が大きくなり、従って減衰効果が大きい。

従来知られている吸振合金のうち、Ｍｎ−Ｃｎ系合金お
よびＮｉ−Ｔｉ系合金は室温付近での減衰能特性はすぐ
れているか、温度の上昇に伴って激減し、１００℃付近
ではほとんどその特性を失ない一般の金属打金の特性と
同じになる。

したがって、これら合金は１００℃を超えた高温では吸
振合金素子としての効果は期待できない。

寸たＺｎ−Ａｔ系合金の室温付近での減衰能特性は非常
に小さいが温度の上昇に伴って増大し、１００℃以上の
高温域で比較的高い減衰能特性を示す。

芽た、両合金とも冷間加工性訟よび耐食性が悪いという
欠点を有する。

本発明は従来の吸振合金の性能を改善して低温から高温
芽での広範囲の温度領域においてすぐれた減衰能を有し
、しかも耐食性または強度の高い吸振合金を提供するこ
とにある。

本発明は、（１）Ｍｏ５〜２０％、残部鉄より成る二元合金、（２
）Ｍｏ５〜２０％、Ｗ２０％以下、残部鉄ヨリ族る三元
合金、（３）ＭＯ５〜２０％、Ｃｒ０．１〜４０％、残部
鉄より成る三元合金、（４）Ｍｏ５〜２０％、ＷＯ０１〜２０％、ＣｒＯ，１
〜４５％、残部鉄より成る四元合金、（５）上記のＭＯ−Ｆｅ二元合金、Ｍｏ−Ｗ−Ｆｅ三
元合金、Ｍｏ−Ｃｒ−Ｆｅ三元合金、Ｍｏ−Ｗ−Ｃｒ−
Ｆｅ四元合金の夫々に副成分としてＡｔ、Ｎｉ。

Ｍｎツ５ｂ９Ｎｂ５Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕの何れ
か１０％以下、５ｒｚＺｎｔＺｒｔＣｃｉ。

Ｇａ、Ｐ、Ａｕ、Ａｇ、ＧｅｙＳｍｙ
ＳｅｙＣｅｙＬａｔＢｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、ＢｅｙＭ
ｇｔＲｅ、Ｒｈ。

Ｙの何れか５％以下、Ｐｂ、Ｃ２Ａｓ、Ｓ、Ｂ。

Ｃａの何れか１％以下、ＥｕＯ，５％以下のうち少なく
とも一種または二種以上の全量で０．１〜４５％を含有
する多元合金であって、振動に対する減衰能が２−ＸＩ
Ｏ”以上であることを％徴とする吸振合金に係る。

次に本発明合金の製造方法について説明する。

寸ず上記の組成範囲の合金を空気中もしくは不活性ガス
中昔たは真空中に訃いて通常の溶解炉によって溶解した
後、マンガン、ケイ素、チタン、アル□ニウム、カルシ
ウムなどの少量（約１φ以下）を添加して有害な不純物
を除き、充分に攪拌して組成的に均一な溶湯合金を造り
、さらにこれを常温あるいは１３００℃以下の温度にか
いて鍛造、圧延あるいはニスジーして用途に適合する形
状の素材を形成する。

つぎにこの成形体に次のごとき熱処理を施す。

（４）溶体化処理のためその合金の融点以下５００℃以
上の高温度で１分間以上１００時間以下（例えば５分乃
至１００時間）加熱した後、焼入れするかあるいは毎秒
１℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う。

（Ｂ）上記の焼入れ後あるいは焼鈍後冷間加工を行
う。

（Ｃ）（Ａ）の焼入れ後寸た＆須Ｂ）の冷間加工後
、１００℃以上焼入れ温度以下の温度で１分間以上、１
００時間以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷
する。

上記工程ＮＶＣむいて、加熱温度が高ければ加熱時間を
短かくすることができ、芽た成形体の重量が小さければ
加熱時間は短かくてよい。

一方、成形体の重量が大きくなると、加熱温度を上げ、
加熱時間を長くする必要がある。

すなわち、溶体化処理を十分に行わなければ、減衰能及
び抗張力が低下し、製品のばらつきがあり歩留りが悪く
なる。

工［Ｂ）に釦いて、工程（４）で処理した成形体を冷間
加工するのは該成形体の抗張力を高めるためであるが、
加工歪の発生によす減衰能が若干低下しがちである。

従って、加工率を小さくして加工歪の発生を抑制するこ
とにより、減衰能を低下させることなく抗張力を改善す
ることができる。

加工率を大きくする必要がある場合、次の工程（Ｃ）に
おいて再び低温焼鈍することにより減衰能を元の値芽で
戻すことができる。

また、工程（４）で焼入れした後、工種０で低温焼鈍す
ることにより、成形体の抗張力を減衰能の抵下なく向上
させることができる。

つぎに本発明の実施例について説明する。

第１表に示す組成の金属の全量約５００１をアル□す坩
堝中でアルゴンガスを通じながら高周波誘導電気炉によ
り溶解した後、溶湯をよく攪拌し、鋳型に鋳込んで３５
ｍｍＸ３５ｍｍの角型鋳塊を得た。

つぎにこれを鍛造によって約１０ｍの丸棒にし、１００
０℃で１時間焼鈍の後、常温で冷間引抜により０．５
ｒｔｒｍＯ線にした。

これから適当な長さの線を切りとって試料とし、これに
１００Ｐの錘をかけねじり振子法により減衰能を求めて
第１表〜第３表に示す結果を得た。

第４表はＦｅ −Ｍｏ −Ｃｒ系釦よびＦｅ −Ｗ−
Ｃｒ系三元合金に各種副成分を添加した場合の添加効果
を示すもので、副成分を所定の範囲で添加すると減衰能
は一般に向上することを示すものである。

なお第５表の１および２は本発明の吸振合金に添加する
副成分の減衰能、耐食性、機械的強度、加工性について
の一般的傾向を示すものである。

これらの表から明らかなように、二元合金および三元合
金のいずれの熱処理状態においてもその減衰能は一般に
大きく、特に焼鈍状態で最も大きく、約６０−１０
”の値を示した。

ついで減衰能は水焼入状態、冷間加工状態の順に減少し
ている。

しかし、これらの値は一般の金属に比較して数十倍の大
きさの値である。

第１図にはそれぞれ焼鈍状態に訃けるＦｅ −Ｍ。

合金の組成と減衰能との関係が示してあり、第２図には
焼鈍状態における９３．０％Ｆｅ−７，０％Ｍ。

合金、８８．０％Ｆｅ −１２，０％Ｗ合金および７
８．０％Ｆ”ｅ−７，０％Ｍｏ−１５，０％Ｃｒ合金
、７３．０％Ｆｅ−１２，０％Ｗ−１５，０％Ｃｒ合金
ならびに８８．０％Ｍｎ−１２，０％Ｃｕ合金の減衰能
と加熱温度との関係が示しである。

これら図面からも、本発明合金の減衰能はＭｎＣｕ
合金に比べ常温でも高温でも非常に大きいことがわかる
。

なお、本発明合金は副成分を加えることによって耐食性
、機械的強度（弾性率および抗張力）および加工性が増
す特徴がある。

本発明合金の吸振症発生機構について以下説明する。

吸振合金の吸振能はその組成が所定の範囲に人っていな
いときはどのような処理をしても決して得られないが、
同一の組成でも製造法が違うときは絶対に吸振能は得ら
れない。

次に、吸振能についての一般的説明をすると、一般に振
動が物体に加えられると、この振動が吸振されて零にな
る。

この現象は振動のエネルギーが物体中に於て熱等に変換
され、振動エネルギーが零になる迄エネルギーは消耗さ
れる。

従って、吸振とは物体中における振動エネルギーの内部
消耗によるものである。

合金の吸振能が高いことは、その合金の内部摩擦の値が
大きいことによる。

この内部摩擦の発生機構は次のように分類される。

■複合型 ■強磁性型 ■転位型 ■双晶型本発明の合金は双晶型又は強磁性型吸振合金に分類する
ことができ、その高い吸振能は振動のエネルギーが磁区
の移動により消滅する事実に主として起因するものであ
るが、本発明の合金における吸振機構は諸種の原因が複
合して作用するものである。

この吸振機構は未だ充分に解明されて釦らないが、下記
のような原因によるものと考えられる。

■ 磁区壁の非可逆移動にともなう磁気機械的静履歴に
よるエネルギー消費を利用する。

■ 結晶中のすべり転位の運動にともなう内部摩擦を利
用する。

■ 双晶の境界移動により熱エネルギー等として消耗す
る。

磁区の移動は何故に生ずるかと云うと、強磁性体材料内
の自発磁化方向が変ることによって生ずる。

これを例示すると第３図のようである。このようにラン
ダムな方向（矢印にて示す）に自発磁化の方向がなって
いるとして、これを強磁場中におくと、その磁化の方向
に揃えられる。

この場合に磁区の移動が行われ、その結果、振動エネル
ギーが消耗し、吸振能は零となる。

従って、方向性珪素鋼板等には全然吸振能はない。

これは磁場中で磁化され磁気的に自発磁化方向が揃えら
れた材料は外部振動を幾ら加えても更にその上に磁区移
動を生ずる余地がなく、内部エネルギーの消耗がないの
で吸振能が生じないのである。

本発明の吸振合金のように強磁性材料においては、高吸
振能は磁区移動の値の大きい材料に得られる。

一般に、磁区の移動は金属材料の結晶格子中に生ずる磁
気機械的歪により妨害され、吸振能は減少する。

前記結晶格子中にかける歪は次のような条件で生ずる。

（ａ）磁気歪を生ずるような原子が結晶格子中に導
入されている場合、機械加工により歪が生ずる。

本発明に釦いて、鉄基合金にＭｏｔＷ、Ｃｒ。

ＭｎｔＮｂｔＴａｙＴｉ、ｓｉｐｃｕｚＰｓＢｅｘ
Ｐｂ、Ｃ２Ｂ、Ｃａ等の元素を結晶格子中に導入すると
よいのである。

これらの元素が結晶格子中に導入されると、これ等の元
素は磁区境界に析出し、磁区の移動を容易にするのであ
る。

（ｂ）機械歪は機械加工により結晶格子中に生ずる
。

引抜、転造、曲げ等の加工により結晶格子に歪が生ずる
とその振動に対する吸振能は減少する。

従って、こ０ような吸振能の減少の生ずる機械加工をし
た後に低温で加熱しテンパリングによりｓ械歪を除去す
ることが必要である。

本発明にかいて、本発明の吸振現象は次の現象の複合さ
れた形で行われる。

■ 物体に加えられた外部応力による磁区の移動■ 双
晶境界の移動 ■ 磁区境界にむいて、又はマトリックスと析出相との
間の表面の粘性流動 ■ 結晶中のすべり転位と不純物原子との相互作用の結
果生ずる機械的静履歴にもとづくエネルギー損失このことは本発明の行った下記の実験により確められた
。

第４図は１１００℃で１時間熱処理した５％Ｍ。

−Ｆｅおよび１％Ｗ−Ｆｅ系二元合金の吸振能と磁場の
強さとの関係を示すものである。

この合金の吸振能（Ｑ ’）は８Ｘ１０ ”で極め
て大きい。

このように大きな吸振能をもった本発明の吸振合金の吸
振能は磁場中に釦いて加えられる磁化の大きさに応じて
ほとんど零に近くなる迄減少し、反磁場中の減磁処理に
より吸振能は回復する。

第５図は１１００℃で１時間熱処理した１％Ｗ−２０
％Ｃｒ−Ｆｅ、２％Ｍｏ−１５％Ｃｒ−Ｆｅ。

５％Ｍｏ−１５％Ｃｒ−Ｆｅ、２％Ｗ−７％Ｍ。

２０％Ｃｒ−Ｆｅ、２％Ｗ−７％Ｍｏ −１５％Ｃｒ
Ｆｅ、２％Ｗ−１０％Ｍｏ −１５％Ｃｒ−Ｆ
”ｅの三元ないし四元合金の吸振能と磁場の強さとの関
係を示すもので、磁場中で磁化すると吸振能がほとんど
零に近くなり減磁すると再度大きな吸振能が回復するこ
とは第４図と同様である。

一般に副成分を複合して添加した場合二元合金より三元
合金或は四元合金の方が吸振能がよくなっている。

これは副成分相互の相剰効果によるものである。

。然し乍ら実験によると副成分を含む本発明の吸振合金
と同一の組成をもったステンレス鋼を反磁場中に入れ減
磁しても吸振能は得られなかった。

この現象は下記のように解釈せられる。

（４）方向性をもった合金に高い吸振能は絶対得られな
い。

（１−Ｅ）本発明の合金の結晶組織は機械的に方向
性をもたず、不規則格子配列で、磁区の自発磁化方向が
不揃いのものでなければならない。

（Ｃ）合金を磁化すると減衰能が消失し、減磁する
と再度減衰能が回復されるものでなければならない。

このような特殊な結晶構造をもったものでないと吸振合
金とはならない。

このような特殊な結晶構造は特定の組成をもった合金に
特定の熱処理を施して上記の理論に合致した合金の結晶
構造が生皮しないと吸振能は得られないのである。

本発明の吸振合金は磁気履歴があり、磁界中にむいて強
磁化すると、吸振能は消滅するが、反磁場中で再度減磁
すると再度高い吸振能を示す。

このような特性が吸振合金と他の合金との物性上の相違
を区別する尺度となる。

以上詳述した所より明らかなように本発明合金は航空機
、船舶、車両などの振動および騒音を伴う機械類あるい
は振動を伴う精密計器の吸振合金素子として非常に好適
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ−Ｍｏの合金の焼鈍状態にむける減衰能と
Ｍｏ量との関係を示す特性曲線図、第２図は本発明のＦ
ｅ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｗ合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ合金、
Ｆｅ−ＷＣｒ合金釦よび従来既知のＭｎ −Ｃｕ合
金の減衰能特性と温度との関係を示す曲線図、第３図は
本発明合金の吸振能発生機構の原理説明図、第４図は１
１００℃で１時間熱処理した５％Ｍｏ−Ｆｅおよび１優
Ｗ −Ｆｅ系二元合金の吸振能と磁場の強さとの関係
を示す特性曲線図、第５図は１１００℃で１時間熱処理
した１％Ｗ−２０％Ｃｒ−Ｆｅ、２０％Ｗ−１５％Ｃｒ
−Ｆｅｓ１％Ｍｏ −１５％Ｃｒ−Ｆ’ｅ、２％
Ｗ−１％Ｍｏ−２０％Ｃｒ−Ｆ”ｅ、２％Ｗ −
５％Ｍｏ −１５％Ｃｒ−Ｆｅ、２％Ｗ−１０％Ｍｏ
−１５％Ｃｒ −Ｆｅの三元ないし四元合金の吸振能
と磁場の強さとの関係を示す特性曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、残部鉄より成り、振
動に対する減衰能が２Ｘ１０”以上であることを％敵と
する吸振合金。２重量比にて、Ｍｏ５ ”２０％Ｗ２０％
以下、残部鉄より成り、振動に対する減衰能が２ｘｌＯ
”以上であることを％徴とする吸振合金。３重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、ＣｒＯ，１〜４０
φ、残部鉄より成り、振動に対する減衰能が２×１０
以上であることを特徴とする吸振合金。４重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、Ｗｏ、１〜２０％、
ＣｒＯ，１〜４５％、残部鉄より成り、振動に対する減
衰能が２Ｘ１０ ”以上であることを特徴とする吸振
合金。５重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、残部鉄より成り、副
成分としてＡｔ、Ｎｉ、ＭｎｊＳｂｊＮｂｊ
Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕの何れか１０％以下、Ｓｎ
、Ｚｎ、ＺｒｔＣｄ、Ｇａ、Ｐ、Ａｕ
ｔＡｇ。ＧｅｓＳｍｓＳｅｓＣｅ５ＬａｓＢ
ｉ、ＰｔｔＰｄｔＢｅ５Ｍｇ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｙ
の倒れか５饅以下、Ｐｂ、ＣｔＡｓ、Ｓ、８ｔＣａの何
れか１％以下、Ｅｕ０．５％以下のうち少なくとも一種
筐たは二種以上の全量で０．１〜４５％を含有し振動に
対する減衰能が２Ｘ１０−３以上であることを！Ｊｆ！
ｆ徴とする吸振合金。６重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、Ｗ２０％以下、残部
鉄より成り、副成分としてＡｌ、Ｎｉ５Ｍｎ＊
Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶｔＴｉ、Ｓｉｔｃｕの
何れか１０％以下、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、ｃｄ、Ｇａ、Ｐ
。Ａｕ、Ａｇ、ＧｅｙＳｒｒｚＳｅ、ＣｃｚＬａ、Ｂｉ。ＰｔｊＰｄｊＢｅｔＭｇＪＲｅＪＲｈｊＹの何れか５％
以下、Ｐｂ、ＣｔＡｓ、ＳｔＢ、Ｃａの何れか１％以下
、ＥｕＯ，５％以下のうち少なくとも一種寸たは二種以
上の全量で０．１〜４５％を含有し振動に対する減衰能
が２Ｘ１０−３以上であることを特徴とする吸振合金。７重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、Ｃｒ０．１〜４０％
、残部鉄より成り、副成分としてＡｔ。ＮｉｔＭｎｔＳｂ、ＮｂｓＴａ５ＶｔＴｉ
ｔＳｉｔＣｕの何れか１０％以下、Ｓｎ、Ｚ
ｎ、Ｚｒ、ＣｄｓＧａ、Ｐ、Ａｕ、Ａｇ
、ＧｅｊＳｍｓＳｅ、ＣｅｊＬａ、Ｂｉｔ
Ｐｔ、ＰｂｔＢｅｔＭｇ、ＲｅｔＲｈ。Ｙの何れか５％以下、Ｐｂ、Ｃ２Ａｓ、Ｓ、Ｂ。Ｃａの何れか１％以下、ＥｕＯ，５％以下のうち少なく
とも一種または二種以上の全量で０．１〜４５優を含有
し振動に対する減衰能が２Ｘ１０” 以上であることを
％敵とする吸振合金。８重量比にて、Ｍｏ５〜２０％、Ｗｏ、１〜２０饅、
Ｃｒ０．１〜４５％、残部鉄より成り、副成分としてＡ
ｔｔＮｉｔＭｎ、Ｓｂ＋Ｎｂ、ＴａｙＶｔＴ
ｊ、Ｓｉ、Ｃｕの何れか１０％以下、Ｓｎ、ｚｎ。Ｚｒ、Ｃｃｌ＋ＧａｔＰ、ＡｕｔＡｇ、Ｇｅ、ＳｍｔＳ
ｅ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｂｉ、Ｐｔ、ＰｄｔＢｅ５ＭｇｙＲｅ
、Ｒｈ、Ｙの何れか５％以下、Ｐｂ、Ｃ，Ａｓ。Ｓ、Ｂ、Ｃａの何れか１俸以下、Ｅｕ０．５％以下のう
ち少なくとも一種寸たは二種以上の全量で０．１〜４５
％を含有し振動に対する減衰能が２×１０以上である
ことを特許とする吸振合金。