KR20020094604A - Fe-mn-zr high damping alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고진동감쇠율을 가지는 Fe-Mn-Zr 제진합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 Fe-Mn계 합금에 있어 조성성분 중 탄소의 사용함량을 증가시키고Zr 성분을 첨가하여 미세탄화물을 형성시킴으로써, 우수한 진동감쇠특성을 유지하면서 공업적인 기계적 물성을 동시에 유지할 수 있는 고진동감쇠율을 가지는 Fe-Mn-Zr 제진합금을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a Fe-Mn-Zr vibration damping alloy having a high vibration damping rate, and more particularly, to increase the content of carbon in the composition of the Fe-Mn-based alloy and to form a fine carbide by adding a Zr component. The purpose of this invention is to provide a Fe-Mn-Zr vibration damping alloy having a high vibration damping rate that can maintain industrial mechanical properties while maintaining excellent vibration damping characteristics.
일반적으로 Fe-X%Mn 합금은 합금의 상(相) 중에서 입실론 마르텐사이트에 의한 제진특성을 가진 합금으로써 합금계중 가장 우수한 제진특성은 Mn이 대략 17%일때 나타난다. 이는 상기와 같이 17%Mn일때 입실론 마르텐사이트의 부피분율이 가장 높기 때문이다.In general, the Fe-X% Mn alloy is an alloy having a vibration damping property due to epsilon martensite in the phase of the alloy, and the best vibration damping property of the alloy system appears when Mn is approximately 17%. This is because the volume fraction of epsilon martensite is the highest at 17% Mn as described above.
상기 입실론 마르텐사이트의 부피분율은 열처리 및 가공에 의해서 그 분율이 달라지고 그 양에 따라 제진특성 나타낸다. 이러한 Fe-17%Mn 합금의 마르텐사이트의 부피분율에 따른 제진특성으로, 마르텐사이트 분율과 주파수에 따라 일정한 반응(진동감쇠율)을 가지게 된다. 또한, 일반적으로 진동감쇠율은 주파수에 직선적으로 비례한다.The volume fraction of the epsilon martensite is changed by heat treatment and processing, and exhibits damping characteristics according to the amount thereof. As the damping property according to the volume fraction of martensite of the Fe-17% Mn alloy, it has a constant reaction (vibration damping rate) according to the martensite fraction and frequency. Also, vibration damping rate is generally linearly proportional to frequency.
그러나, 종래 사용되는 Fe-Mn계 제진합금은 기계적 물성이 취약하고 응용범위가 건축재에 국한되어 있어 그 사용범위가 좁은 문제가 있다.However, the Fe-Mn-based damping alloy used in the prior art has a problem that the use range is narrow because the mechanical properties are weak and the application range is limited to building materials.
또한, 상기 Fe-X%Mn 합금의 높은 진동감쇠율은 실제 공업에 사용하기 위해서는 많은 물성에 대한 개량이 필요하여 제약이 많다.In addition, the high vibration attenuation rate of the Fe-X% Mn alloy requires a lot of improvement in physical properties in order to use in actual industry, there are many restrictions.
따라서, 본 발명은 상기 종래와 같은 문제점을 해결하여, Fe-Mn 합금의 우수한 진동감쇠특성을 유지하면서 공업적인 물성을 개량하기 위해, 조성성분 중 탄소의 사용함량을 증가시키고 미세탄화물 형성원소인 Zr을 첨가함으로써, 우수한 진동감쇠능과 기계적 물성을 동시에 유지하는 고진동감쇠율을 가지는 Fe-Mn-Zr 제진합금을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention solves the problems as described above, in order to improve the industrial properties while maintaining the excellent vibration damping characteristics of the Fe-Mn alloy, to increase the content of carbon in the composition components and Zr as a fine carbide forming element The purpose of the present invention is to provide a Fe-Mn-Zr vibration damping alloy having a high vibration damping ratio which simultaneously maintains excellent vibration damping performance and mechanical properties.
도 1은 본 발명의 Fe-Mn-Zr 제진합금(실시예 1, 2)과 종래 Fe-Mn 합금재(비교예 1, 2)에 대하여 60분 동안 1000 ℃에서 가열냉각한 후 측정한 입실론 마르텐사이트의 부피분율을 비교하여 나타낸 것이고,1 is an epsilon martensite measured after heating and cooling at 60 ° C. for 60 minutes with respect to the Fe—Mn—Zr damping alloy of the present invention (Examples 1 and 2) and a conventional Fe—Mn alloy material (Comparative Examples 1 and 2). Compare the volume fraction of the site,
도 2는 본 발명의 Fe-Mn-Zr 제진합금(실시예 1, 2)과 종래 Fe-Mn 합금재(비교예 1, 2)에 대하여 60분 동안 1000 ℃에서 가열냉각한 후 측정한 록웰(Rockwell) 경도를 비교하여 나타낸 것이고,FIG. 2 is a Rockwell measured after heat-cooling at 1000 ° C. for 60 minutes with respect to the Fe—Mn—Zr damping alloy of the present invention (Examples 1 and 2) and a conventional Fe—Mn alloy material (Comparative Examples 1 and 2). Rockwell) comparing the hardness,
도 3은 본 발명의 Fe-Mn-Zr 제진합금(실시예 1, 2)과 종래 Fe-Mn 합금재(비교예 1, 2)에 대한 제진특성을 비교하여 나타낸 것이다.Figure 3 shows the comparison of the damping characteristics of the Fe-Mn-Zr damping alloy (Examples 1 and 2) of the present invention and the conventional Fe-Mn alloy material (Comparative Examples 1 and 2).
본 발명은 Fe을 기재로 하여 Mn 10 ∼ 17 중량%, C 0.10 ∼ 0.20 중량%, Zr 0.5 ∼ 2 중량%가 함유되어 있는 고진동감쇠율을 가지는 Fe-Mn-Zr 제진합금을 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by a Fe-Mn-Zr damping alloy having a high vibration damping rate containing 10 to 17% by weight of Mn, 0.10 to 0.20% by weight of Cn, and 0.5 to 2% by weight of Zr.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 종래 Fe-Mn계 제진합금의 기계적 물성을 개선하기 위해, 상기 Fe-Mn 제진합금 내의 C 성분과 Mn 성분의 함량을 일정하게 조절하고, 여기에 추가로 Zr 성분을 첨가하여 미세탄화물을 형성함으로써, 높은 진동감쇠율을 나타내고 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 종래 건축재에 한정되었던 적용범위가 브레이트디스크 및 기타 진동소음발생 주철부품의 대체재료로 확대되어 경제적 효과를 나타내는 Fe-Mn-Zr 제진합금에 관한 것이다.The present invention, in order to improve the mechanical properties of the conventional Fe-Mn-based damping alloy, the content of the C component and Mn component in the Fe-Mn damping alloy is constantly adjusted, and further Zr component is added to the fine carbide By forming, the Fe-Mn-Zr vibration damping alloy exhibits high vibration damping rate and improves mechanical properties, and extends the scope of application limited to conventional building materials to substitute materials for brate discs and other vibration noise generating cast iron parts. It is about.
이러한 본 발명의 Fe-Mn-Zr 제진합금에는 Fe을 기재로 하여, Mn 성분, C 성분, Zr 성분이 함유되어 있으며, 각 성분의 특징을 구체적으로 설명하고자 한다.The Fe-Mn-Zr vibration damping alloy of the present invention contains Mn component, C component, and Zr component based on Fe, and the characteristics of each component will be described in detail.
본 발명에 따른 Fe-Mn-Zr 제진합금에 사용되는 Mn 성분은 입실론 마르텐사이트의 생성을 위해 사용되는 것으로, 그 사용함량은 10 ∼ 17 중량%, 바람직하게는 17 중량%로 사용한다. 이때, 그 사용함량이 10 중량% 미만이면 입실론 마르텐사이트의 부피분율이 미량이어서 진동감쇠능이 낮아지는 문제가 있고, 17 중량%를 초과하면 입실론 마르텐사이트의 부피분율은 증가하나 진동감쇠능은 더 이상 높아지지 않고 가공성의 문제가 있다.The Mn component used in the Fe-Mn-Zr vibration damping alloy according to the present invention is used to produce epsilon martensite, and its content is used in an amount of 10 to 17% by weight, preferably 17% by weight. At this time, if the use content is less than 10% by weight, the volume fraction of epsilon martensite is very small, so that the vibration damping ability is lowered. If the content exceeds 17% by weight, the volume fraction of epsilon martensite is increased, but the vibration damping ability is no longer. There is a problem of workability without becoming high.
또한, 본 발명은 Fe-17% Mn계 합금의 기계적 물성 향상을 위해 C 성분의 함량을 종래보다 다량 사용하며, 바람직하게는 0.10 ∼ 0.20 중량%로 사용하고, 더욱 바람직하게는 0.15 중량%로 사용한다. 이때, 그 사용함량이 0.10 중량% 미만이면 기계적 물성치가 낮아지는 문제가 있고, 0.20 중량%를 초과하면 입실론 마르텐사이트의 계면(Fe-Mn합금의 제진기구)에 탄소가 고착하여 진동감쇠능이 하락하는 문제가 있다.In addition, the present invention uses a larger amount of the C component than conventional to improve the mechanical properties of the Fe-17% Mn-based alloy, preferably 0.10 to 0.20% by weight, more preferably 0.15% by weight do. At this time, if the use content is less than 0.10% by weight, there is a problem that the mechanical properties are lowered. If the content is more than 0.20% by weight, carbon adheres to the interface of the epsilon martensite (the vibration damping mechanism of the Fe-Mn alloy), thereby reducing the vibration damping ability. there is a problem.
특히, 본 발명의 제진합금에는 상기 C 성분의 다량첨가에 따른 제진특성 저하를 방지하기 위해 Zr 성분을 첨가하며, 이는 상기 C 성분과 함께 미세탄화물을 형성하여 기계적 물성을 더욱 강화하게 된다. 상기 Zr 성분의 첨가량은 C 성분과 Mn 성분의 함량에 따라서 결정되며 Zr 첨가시 일반적인 Fe-Mn 입실론 마르텐사이트 제진합금계에서 나타나는 진동감쇠특성(진동감쇠율과 주파수가 직선적으로 비례)과 달리 진동감쇠율과 주파수가 지수함수적으로 비례하는 특성을 나타낸다. 상기 Zr 성분의 사용함량은 0.5 ∼ 2 중량%로 사용하며, 바람직하게는 1.5 중량%로 함유시키며, 그 사용량이 0.5 중량% 미만이면 탄화물 형성량이 하락하여 탄화물화 되지 못한 탄소의 계면고착 문제가 있고, 2 중량%를 초과하면 Zr의 과잉으로 인한 기계적 물성 및 진동감쇠율의 저하의 문제가 있다.In particular, the Zr component is added to the vibration damping alloy of the present invention to prevent the vibration damping characteristics of the C component from being added, which forms a fine carbide together with the C component to further enhance mechanical properties. The addition amount of Zr component is determined according to the content of C and Mn components and, unlike Zr-added vibration damping characteristics (vibration damping ratio and frequency are linearly proportional) in general Fe-Mn epsilon martensite damping alloy system, Frequency is exponentially proportional. The Zr component is used in an amount of 0.5 to 2% by weight, preferably 1.5% by weight, and when the amount is less than 0.5% by weight, there is a problem of interfacial adhesion of carbon that is not carbided due to a decrease in carbide formation. When it exceeds 2% by weight, there is a problem of lowering mechanical properties and vibration damping rate due to excess Zr.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2
다음 표 1과 같은 조성의 합금을 제조한 후, 이에 대한 물성 및 제진특성을 측정하기 위하여 각 합금을 60분 동안 1000 ℃에서 가열냉각(annealing)하였고, 이후의 입실론 마르텐사이트 부피분율과 록웰(Rockwell) 경도를 도 1 및 2에 나타내었고, 각 합금의 변형온도는 다음 표 2에 나타내었다.The alloys of the composition shown in Table 1 were prepared, and then, each alloy was annealed at 1000 ° C. for 60 minutes in order to measure physical properties and vibration damping properties thereof, followed by the volume fraction of epsilon martensite and Rockwell. ) Hardness is shown in Figures 1 and 2, the deformation temperature of each alloy is shown in Table 2.
상기 표 2에서 보면, 실시예 1 ∼ 2의 Zr이 첨가된 합금의 경우 마르텐사이트 변태시작온도인 Ms가 약 140 ℃로 매우 높아 안정적이고 높은 입실론 마르텐사이트 분율이 기대된다.In Table 2, in the case of Zr-added alloys of Examples 1 and 2, the marsite transformation start temperature Ms is very high at about 140 ° C., and a stable and high epsilon martensite fraction is expected.
본 발명의 Zr이 첨가된 합금은 기재된 열처리 조건에 따랐을 경우 입실론 마르텐사이트의 부피분율이 약 50 %였으며 경도는 95HR(b)로 기존 합금계보다 높게 나타나 물성이 계량되었음을 알 수 있다.According to the Zr-added alloy of the present invention, the volume fraction of epsilon martensite was about 50% and the hardness was 95HR (b).
또한, Zr 첨가 합금의 제진특성을 고찰하면 Fe-17%Mn계열 합금의 일반적인 제진특성과 달리 고주파수(high strain ampliute)에서 높은 진동감쇠율을 나타냄을 알 수 있다.In addition, considering the vibration damping characteristics of the Zr-added alloy, it can be seen that the vibration damping rate is high at high strain (high strain ampliute), unlike the general vibration damping characteristics of the Fe-17% Mn alloy.
도 3에서 보면, 종래 비교예 1 및 2는 내식특성 및 탄화물생성을 위해 제조된 합금이고 Fe-17% Mn계열 합금의 일반적인 제진특성만을 나타내지만, 실시예 1 및 2의 Zr이 첨가된 합금은 이와 달리 제진특성이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, Comparative Examples 1 and 2 are alloys prepared for corrosion resistance and carbide generation, and show only general vibration damping characteristics of Fe-17% Mn-based alloys. On the other hand, it can be seen that the vibration damping characteristics are excellent.
또한, 고주파수영역의 진동이 저 주파수영역으로 매우 빠르게 제진됨으로 실제 감성에 의한 소음, 진동 감쇠가 매우 우수함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the vibration of the high frequency region is very quickly damped to the low frequency region, and thus the noise and vibration attenuation due to the actual emotion are very excellent.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 Fe-Mn-Zr 제진합금은 C 및 Mn 성분의 함량을 일정하게 조절하고, 추가로 Zr 성분을 더욱 포함하여 미세탄화물을 형성함으로써, 높은 진동감쇠율과 기계적 물성을 더욱 강화하여 브레이크디스크 및 기타 진동소음발생 주철부품의 대체재료로 사용할 수 있다.As described above, the Fe-Mn-Zr damping alloy of the present invention constantly adjusts the contents of the C and Mn components, and further includes a Zr component to form fine carbides, thereby providing high vibration damping rate and mechanical properties. It can be further strengthened and used as a substitute for brake discs and other vibration-noise cast iron parts.
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2001
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