專利名稱：一種高阻尼錳銅合金材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于合金材料領域，涉及一種高阻尼性能的錳銅合金材料及其制備方法。
背景技術：
高阻尼性能的錳銅合金是指有較高減振降噪功能的合金。一種合金材料，在與外界隔絕和真空的條件下，其振動振幅會逐漸衰減，直至靜止，這就是合金的阻尼特性。高阻尼合金則是由于合金內部特有的組織結構，具有將振動機械能轉化為熱能的本領。錳銅合金、銅鋅鋁和銅鋁鎳合金為 人們研究較多的高阻尼銅合金，其減振降噪功能與合金內部馬氏體相內的微孿晶結構相關。但目前已投入實際應用的僅為錳銅合金。高錳(Mn彡75% )合金，其馬氏體相變溫度在室溫以上，馬氏體組織較穩定，合金具有較高的比阻尼。但在制備工藝、耐蝕性等方面存在一系列的問題。目前美、英等國在中錳(40% 60% Mn)合金的研究和開發上取得了一定的進展。中錳合金的馬氏體相變點在室溫以下，但采用淬火(800°C )和時效(400 450°C )熱處理來培養合金內部一定數量的富錳區域，由富錳區完成馬氏體相變和反鐵磁性轉變，該相結構保證合金的阻尼特性。而合金內部與富錳區并存的是一定數量的貧錳區，該組織保證了合金的加工與焊接工藝性能。另外，還有在錳銅二元合金基礎上添加適量的鋁、鉻、鐵和鎳等元素，進一步穩定合金的馬氏體相并提高其耐蝕性能。工程上常用比阻尼S*D*C來表示材料阻尼本領的大小，它是用振動系統每振動一個周期其振動能量的損失率AWZiW定義的，并以百分數表示，國際上現有兩種商業牌號的高阻尼錳銅合金，有英國開發的鑄造型S0N0ST0N，已試用于潛艇螺旋槳，S*D*C=20%—40% ；美國開發的變形INCRAMuTE，可用于電機機殼、基座、齒輪構件、船艙隔板等需要減振的構件，S*D*C=20%—40%。90年代中國研究開發出主成分介于INCRAMUTE和S0N0ST0N之間的阻尼錳銅合金，S*D*C=40%-45%,除其力學性能和阻尼系數達到國際現行合金外，其阻尼特性具有更好的長時穩定性，適用于制造需要減振降噪的船舶電動機座、礦山機械、冶金廠傳輸履帶等。中華人民共和國國家軍用標準GJB3553_99 “潛艇螺旋槳用高阻尼錳銅合金鑄件規范”中也提出了一種牌號為“ZCuMn51A14Fe3Ni2Zn2”的高阻尼合金，并在標準中提供了“金屬阻尼材料阻尼率試驗方法”及“高阻尼錳銅合金化學分析方法”，其標準中提出的“ZCuMn51A14Fe3Ni2Zn2”高阻尼合金比阻尼S*D*C指標值為“蘭20%，，。以上提及的現有錳銅合金在室溫放置過程中，均會表現出阻尼性能延時變劣的情況，這樣影響到了錳銅合金的使用及其壽命。對錳銅合金的阻尼性能因延時而變劣的原因，主要是由于錳銅合金長期放置或者時效過程中錳相的不斷析出會形成富錳區，富錳區會阻礙溶質原子的運動，從而使雜質原子在富錳區附近雜亂排列，這些雜質原子的釘扎作用會阻礙錳銅合金中顯微組織的運動，從而使阻尼性能下降。只有消除富錳區或使其轉化為馬氏體，才能使錳銅合金阻尼性能變得穩定。現有技術中，最常規的方法是通過添加C或者進行熱處理來消除錳銅合金中富錳區雜質原子的釘扎。發明專利申請號為201110137104. 3 “一種提高中錳錳銅合金阻尼穩定性的熱處理方法”介紹了一種提高中錳錳銅合金阻尼穩定性的熱處理方法，是將熔鑄中錳錳銅合金鑄錠熱軋成合金板材后放入熱處理爐中均勻化處理，其工藝為，將錳銅合金在830°C—850°C固溶O. 5小時，然后水淬l—2min之后放入熱處理爐中加熱到150°C—180°C，保溫5min，再次水淬l—2min ;循環本步驟30次，此方法可得到具有較穩定阻尼性能的中錳錳銅合金，但操作較繁多，也不適用于大規模的工業化生產。因此，目前需有一種能夠阻尼穩定性較好，阻尼性能不會隨著時間的變化而變弱的高阻尼錳銅合金。
發明內容
本發明的目的就是針對目前錳銅合金阻尼性能不高及阻尼性能不穩定的技術缺 陷，提供一種錳銅高阻尼減振合金材料，該合金材料通過在基體中提供能穩定阻尼性能的多種合金元素，提高了合金的阻尼作用及阻尼穩定性。本發明提供上述高阻尼錳銅合金材料的制備方法，該方法工藝簡單，生產成本低，并能適于工業化生產。本發明是通過以下技術方案實現的一種高阻尼錳銅合金材料，該合金材料以錳合金為基體，在錳合金基體上分布著多元素復合體，該合金材料的化學成分的重量百分含量Mn 為 50%—55%，Al 為 4%—6%，Sr 為 2%—4% ,Mg 為 5%—7%，Fe 為1%—3%，Dy為O. 5%—1.5%，Y為1%—3%，La為O. 5—2%，其余為Cu，該高阻尼錳銅合金 S*D*C=35—45%。上述高阻尼錳銅合金材料的制備方法，其制備過程如下分別按占原料總質量進行配料Mn 為 50%—55%，Al 為 4%—6%，Sr 為 2%—4%，Mg 為 5%—7%，Fe 為 1%—3%，Dy 為 O. 5%—I. 5%, Y 為 1%—3%，La 為 O. 5—2%，其余為 Cu。將上述原料中錳、銅、鋁、鍶、鎂、鐵置于用氮氣保護的電阻式加熱爐內熔化而形成合金液；其中Sr、Mg以鎂銀合金形式加入,其余金屬以純金屬形式加入，當合金液被加熱到1200—1300°C時，將配好的稀土金屬Y > Dy、La放入合金液，其中稀土金屬Y、Dy、La的顆粒尺寸為l—3mm，保溫30—50分鐘，即可澆鑄成相應鑄件；形成的鑄件置于200-250 0C的熱處理爐中保溫2-3小時后，取出便得到阻尼穩定性好的高阻尼合金。本發明的高阻尼錳銅合金材料在合成過程中，稀土元素鏑、鑭和釔是表面活性元素，鏑可以和鋁、鐵形成化合物，釔可以和鐵形成化合物，鑭可以和鎂形成化合物，且這些化合物都有強的親和作用，可以結合團聚形成短棒狀化的化合物復合體，分布在柔韌的錳、銅基體固溶體中。短棒狀化合物復合體與錳、銅基體形成的界面以及化合物復合體內部多重化合物相形成的界面形成若干的內耗源，因此稀土化合物復合體能有效切斷振動的傳播，從而大大提高了合金的減振阻尼作用。本發明的合金及其它同類阻尼合金性能對比見下表。
合金名稱I成份I抗拉強度SbZMpa I伸長率S/% I比阻尼SDC%
S0N0ST0N_53Mn38Cu4A13Fe2Ni 500--600_ 15—20 20--40
INCRAMuTE40Mn58Cu2Al490~—60015--30 20^40
ZCuMn51A14Fe3Ni2Zn2 Mn51A14Fe3Ni2Zn2 ^540S 20 θ
本發明合金|Mn50Cu30A15Mg6丨550--600丨25--35 !35--45本發明合金制備工藝簡便，生產的合金材料性能好，其比阻尼等性能明顯優于其它產品，而且生產成本低，非常便于工業化生產。
圖I為本發明實施例制備的錳銅高阻尼合金的金相組織。圖中較暗區域為合金固溶體，較明的白色區為稀土復合體。
具體實施例方式分別按占原料總質量Mn為50%，Al為5%，Sr為3%，Mg為6%，Fe為2%，Dy為1%, Y為2%，La為1%，其余為Cu(30%)進行配料電解金屬錳片200kg，純鋁錠20kg，鎂銀合金36kg,純鐵錠8kg,稀土金屬(含Y、Dy、La)顆粒16kg,電解銅粉120kg,這樣物料總質量為400kg，首先將電解金屬錳片、純鋁錠、鎂鍶合金、純鐵、電解銅粉錠置于用氮氣保護的電阻式加熱爐內熔化而形成合金液，當合金液被加熱到1200—1300°C時，將配好的稀土金屬Y、Dy、La放入合金液，保溫30—50分鐘，即可澆鑄成相應鑄件，形成的鑄件置于 200-2500C的熱處理爐中保溫2-3小時后，取出便得到所需高阻尼合金。經過測定，此組份的高阻尼錳銅合金的抗拉強度(Sb/Mpa)為598，伸長率(δ /%)為35，比阻尼(S*D*C%)為41，性能優于其它現有的錳銅阻尼合金。
權利要求
1.本發明提供一種錳銅高阻尼合金材料，該合金材料以錳合金為基體，在錳合金基體上分布著多元素復合體，該合金材料的化學成分的重量百分含量Mn為50%—55%， Al為4%—6%，Sr 為 2%—4%，Mg 為 5%—7%，Fe 為 1%—3%，Dy % 0. 5%—I. 5%, Y 為 1%—3%，La為0.5—2%，其余為Cu，該高阻尼錳銅合金的比阻尼S*D*C=35—45%;本發明的高阻尼錳銅合金材料的制備方法，其制備過程如下 分別按占原料總質量進行配料=Mn為50%—55%，Al為4%—6%，Sr為2%—4%，Mg為5%—7%，Fe 為 1%—3%，Dy 為 0. 5%—I. 5%, Y 為 1%—3%，La 為 0. 5—2%，其余為 Cu ； 將上述原料中錳、銅、鋁、鍶、鎂、鐵置于用氮氣保護的電阻式加熱爐內熔化而形成合金液；其中Sr、Mg以鎂銀合金形式加入,其余金屬以純金屬形式加入； 當合金液被加熱到1200—1300°C時，將配好的稀土金屬Y、Dy、La放入合金液，其中稀土金屬Y、Dy、La的顆粒尺寸為l—3mm，保溫30—50分鐘，即可澆鑄成相應鑄件，形成 的鑄件置于200--250°C的熱處理爐中保溫2-3小時，取出便得到阻尼穩定性好的高阻尼I=I o
全文摘要
本發明提供一種錳銅高阻尼合金材料，該合金材料的化學成分Mn為50%-55%,Al為4%-6%,Sr為2%-4%,Mg為5%-7%,Fe為1%-3%,Dy為0.5%-1.5%,Y為1%-3%,La為0.5-2%，其余為Cu，該高阻尼錳銅合金的比阻尼S D C=35-45%；本發明制備過程為將上述原料中錳、銅、鋁、鍶、鎂、鐵置于用氮氣保護的電阻式加熱爐內熔化而形成合金液；當合金液被加熱到1200-1300℃時，將配好的稀土金屬Y、Dy、La放入合金液，其中稀土金屬Y、Dy、La的顆粒尺寸均為1-3mm，保溫30-50分鐘，即可澆鑄成相應鑄件；形成的鑄件置于200-250℃的熱處理爐中保溫2-3小時，取出便得到阻尼穩定性好的高阻尼合金。
文檔編號C22C1/03GK102952983SQ201210491359
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者王國寧 申請人:王國寧