[发明专利]具有优良力学性能的高锰含量锰铜基高阻尼合金

说明书

技术领域

本发明涉及金属功能(阻尼)材料的合金成份及其制备工艺，具体地涉及具有优良力学性能的高锰含量锰铜基高阻尼合金及其制备工艺。 

背景技术

现代工业的发展，除了对机械提出更高要求，对机械振动及其引起的噪声，也引起高度重视。振动与噪声，不仅影响机械产品的质量，增加能源消耗，也危害人类健康。现在各国都对噪声制定了相应的法规。噪声控制技术在军事上，例如舰艇的隐身技术，也有重要意义。减振降噪可以通过改进机械设计的途径，但采用这些措施，会增加部件的质量，不符合结构简便和轻量化的要求，而在航天等领域，也不允许增加质量。为此，减振降噪的阻尼材料受到了重视。 

阻尼材料具有高的内耗，它能够把振动能和声能转变为热能而被耗散。目前通常使用的阻尼材料有沥青型阻尼材料，液体阻尼材料，粘弹类阻尼材料，金属类阻尼材料(阻尼合金、复合阻尼钢板)等。阻尼合金由于兼有优良的阻尼性能和力学性能，因而在航空航天、军事工业、汽车、建筑和海洋工程等方面有着广泛的应用。 

根据阻尼产生的机制，阻尼合金可分为复相型、超塑性型、孪晶型、位错型、铁磁性型、金属基复合材料，泡沫金属材料及其它(例如表面裂纹)等几大类。现有的各种阻尼合金(方前锋朱震刚葛庭燧.高阻尼材料的阻尼机理及性能评估[J].物理，2000,29(9)：541.)如图1所示。 

图1中纵坐标是阻尼性能(P_0.1比阻尼本领，%)，横坐标是力学性能(σ_b抗拉强度，MPa)。其中锰铜合金在图的右上方，即阻尼性能和力学性能都较高，是一种综合性能良好的阻尼合金。 

锰铜系列合金高阻尼材料的主要阻尼机制是孪晶型。1948年C.Zener在88wt%Mn-12wt%Cu合金中，经时效几小时后水淬，发现合金在室温附近具有很高的内耗 值(ZENER C.Elasticity and anelasticity of metals[M].University of Chicago Press,1948.孔庆平,周本濂等译.金属的弹性与滞弹性[M].北京:科学出版社,1965.) 

以后的研究表明，锰铜合金的高阻尼，是由于反铁磁马氏体显微孪晶在外力作用下的弛豫运动及再取向,所以马氏体相变是锰铜合金高阻尼的重要条件之一(SHIMIZU K,OKUMURA Y,KUBO H.Crystallographic and morphological studies on the fcc to fct transformation in Mn-Cu alloy[J].Transactions of the Japan Institute of Metals.1982,23(2):53.)。 

Vitek等人指出在γMn₂Cu合金中的亚稳混溶区(miscibility gap)内时效时发生Spinodal分解,在随后冷却时所形成的花呢状马氏体孪晶,是高阻尼的内耗源。孪晶界和反铁磁性是锰铜合金高阻尼的主要起源(VITEK J M,WARLIMONT H.On a metastable miscibility gap inγMn-Cu alloys and the origin of their high damping capacity[J].Metal Science Journal,1976,10:7.)。 

随后，研究者在锰铜合金中加入各种合金元素，逐渐研发了一系列商品牌号合金。例如，铸造合金有英国Stone Manganese Marine公司的Sonostone和前苏联的ABpopa： 

表一锰铜系列铸造合金牌号 

变形合金有美国International Copper Research Association公司的Incramute Ⅰ和IncramuteⅡ，日本的M2052和我国的ZCuMn51Al4Fe3Ni2Zn2等： 

表二锰铜系列变形合金牌号 

注[5]：细谷武司.制振合金制加工品：日本,特开2002-146498A[P].2002-05-22. 

注[6]：北村隔一郎，渡部健司.Mn-Cu系制振合金の制造方法：日本,特开2007-302930A[P].2007-11-22. 

注[7]：中华人民共和国国家军用标准FL9570GJB3553-99潜艇螺旋桨用高阻尼锰铜合金铸件规范。1994-03-24发布1999-09-01实施中国人民解放军总装备部批准