一种提高锻造Mn-Cu基阻尼合金阻尼性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻尼合金材料领域，具体设及一种提高锻造 Mn-Cu基阻尼合金的阻尼 性能的方法。
【背景技术】
[0002] Μη-化基阻尼合金是一种李晶型阻尼合金，主要特点是具有较好的形变加工性能、 阻尼性能和力学性能，在较低的应变振幅下(<4Χ10- 4)也拥有较好的阻尼性能。已应用于机 械传动设备、放射探测设备、摩托车、舰船等方面，W提高设备精度和减少振动。Mn-Cu阻尼 合金在冷却过程中会发生从面屯、立方结构(FCC，丫相）向面屯、四方结构(FCT)转变的马氏体 相变。李晶型阻尼合金的阻尼机制与合金中相变形成的共格李晶界面有关，在周期性应力 作用下，合金中的李晶界面发生重新排列运动，产生非弹性应变而使应力松弛，从而将外加 振动能耗散，形成阻尼衰减。Mn-Cu阻尼合金在固溶、时效处理的阻尼化热处理过程中会发 生从面屯、立方结构(FCC，丫相）向面屯、四方结构(FCT)转变的马氏体相变。目前Μη-化合金的 阻尼源通常归因于马氏体转变过程中形成的马氏体-Τ相界面、马氏体条界面和马氏体条 内部由于切变而形成的李晶界面等，在外界应力下的运动耗能。因此提高马氏体数量和马 氏体界面及其内部李晶界面的密度、界面的可动性是提高Mn-Cu合金的阻尼性能的关键所 在。
[0003] Mn-Cu基阻尼合金的马氏体转变溫度(Ms)和马氏体转变结束溫度(Mf)取决于合金 中Μη元素的含量和分布的均匀性。铸造 Mn-Cu合金(一般儘含量<70 % )可利用铸造偏析和 时效处理引起的调幅分解形成成分的偏聚，从而使合金内部形成富儘区，使马氏体转变结 束溫度(Mf)较高，合金冷却到室溫时马氏体转变较充分，形成大量的微李晶使其具有较好 的阻尼性能。但Μη-化合金的铸造性能不好，结晶溫度范围宽，容易出现疏松、集中缩孔等缺 陷，因此机械性能不理想。锻造 Μη-化合金由于组织均匀致密，强度较大，力学性能较铸造合 金好，在机械装备上具有较好的应用前景。儘含量>80%的锻造 Mn-Cu合金虽然Mf点高于室 溫，可在固溶处理后冷却到室溫时发生较为彻底的吁cc-fct"马氏体相变，获得较好的阻尼 性能，但由于Μη含量高，会引起合金变脆，延伸率和冲击初性下降。为了保证锻造 Μη-化合金 的力学性能，常采用中儘含量(儘含量为70%左右）的Mn-Cu合金，但运样合金的Mf点往往低 于室溫，因此通过阻尼化热处理（固溶处理+时效处理)后室溫条件下马氏体的转变不充分， 在转变后还有一定量母相存在，导致相变李晶的数量有限，阻尼性能不理想。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种提高锻造 Mn-Cu基阻尼合金的 阻尼性能的方法，W进一步提高锻造 Mn-Cu基阻尼合金的阻尼性能，获得兼具优良力学性能 和阻尼性能的Μη-化基阻尼合金。
[0005] 本发明所述提高锻造 Mn-Cu基阻尼合金阻尼性能的方法，将经过固溶处理和时效 处理的锻造 Μη-化基阻尼合金进行深冷处理，深冷处理后再将Μη-化基阻尼合金置于室溫环 境自然升溫至室溫。
[0006] 上述方法中，为获得更多的马氏体转变量，将深冷处理后在室溫环境自然升溫至 室溫的锻造 Mn-Cu基阻尼合金再次进行深冷处理，深冷处理后再次置于室溫环境自然升溫 至室溫，如此操作1~2次。
[0007] 上述方法中，所述深冷处理是将Mn-Cu基阻尼合金从室溫冷却至-160°c~-60°c， 并在此溫度下保溫0.5~4.5小时。
[0008] 上述方法中，所述锻造 Μη-化基阻尼合金的组分及各组分的原子数百分含量如下： Μη为40.0~80.0%，Fe为0.5~4.5%，Ni为0.2~7.0%，Ζη为0~5.0%，Α1 为0~7.0%，稀± 元素为0~2.0%，余量为化。
[0009] 上述方法中，所述固溶处理是在850~900°C保溫1小时，保溫结束后用水冷却，所 述时效处理是在400~450°C保溫地，保溫结束后，随炉冷却至室溫。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0011] 1、本发明所述方法通过将经固溶处理和时效处理后的锻造 Μη-化基阻尼合金进行 深冷处理，使合金的马氏体转变量大大提高，马氏体界面密度增大，同时深冷处理能细化合 金晶粒，使马氏体内部的李晶尺寸更加细小，李晶界面密度增大，因而增加了阻尼源界面的 密度，进一步提高了阻尼性能，相比未进行深冷处理的Mn-Cu基阻尼合金，阻尼性能可提高 26% W上(见各实施例、对比例）。
[0012] 2、由于深冷处理细化了合金晶粒和李晶界面，因而本发明所述方法在提高合金阻 尼性能的同时，还提高了合金的抗拉强度(可提高25% W上，见各实施例、对比例)和屈服强 度，可获得兼具良好力学性能和阻尼性能的Μη-化基阻尼合金。
[0013] 3、本发明所述方法工艺简单，对Μη-化合金的烙炼、成分和先行热处理工艺没有特 殊要求，便于推广应用。
【附图说明】
[0014] 图1为实施例1和对比例1得到的Mn-Cu基阻尼合金的内耗值tanS随应变的变化曲 线(δ为强迫振动时应变落后于应力的相角）。
[001引图2为实施例巧日对比例2得到的Mn-Cu基阻尼合金的邸D图谱(a为实施例2得至恰 金的XRD图谱，b为对比例2得到合金的XRD图谱）。
[0016]图3为实施例3和对比例3得到的Mn-Cu基阻尼合金的500倍放大金相图（C为实施例 3所得合金，d为对比例3所得合金）。
[0017]图4为实施例5和对比例5得到的Mn-Cu基阻尼合金的拉伸曲线。
[001引具体实施防方式
[0019] 下面通过【具体实施方式】对本发明所述提高锻造 Mn-Cu基阻尼合金的阻尼性能的方 法做进一步说明。
[0020] W下实施例和对比例所得合金的阻尼性能通过动态机械分析仪DMA-Q800进行强 迫振动实验测试(测试tanS随交变应变振幅的变化），力学性能通过拉伸实验(GBT 228.1-2010)和冲击实验(GBT 229-2007)进行测试。
[0021] 实施例1
[0022] 将化学成分为Mn-20.5at % Cu-5.5at %Ni-2. Oat %Fe的Mn-Cu基阻尼合金试样经 均匀化热处理、锻造后在850°C保溫1小时，保溫结束后将合金水冷（固溶处理），然后在435 °C下保溫4小时，保溫结束后随炉冷却至室溫(时效处理），再将合金置于深冷处理炉中降溫 至-160°C的保溫4.5小时，保溫结束后取出置于室溫环境使合金自然升溫至室溫。
[0023] 对比例1
[0024] 合金成分与实施例1相同，不进行深冷处理，其余处理与实施例1相同。
[0025] 实施例1和对比例1所得合金经力学性能和阻尼性能测试，结果见表1。实施例1和 对比例1得到的Μη-化基阻尼合金的化ηδ随应变的变化曲线见图1。
[0026] 表1.
[0027]
[0028] 从图1和表1可知，经深冷处理后Μη-化基阻尼合金的阻尼性能大幅度提高，在应变 为1 X 10-咐阻尼能力提高35%，从表1可知，经深冷处理后Mn-Cu基阻尼合金力学性能显著 提高，抗拉强度提高了 25%，屈服强度提高了 20 %