[发明专利]一种提高锻造Mn‑Cu基阻尼合金阻尼性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于阻尼合金材料领域，具体涉及一种提高锻造Mn-Cu基阻尼合金的阻尼性能的方法。

背景技术

Mn-Cu基阻尼合金是一种孪晶型阻尼合金，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(<4×10^-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，以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心立方结构(FCC，γ相)向面心四方结构(FCT)转变的马氏体相变。孪晶型阻尼合金的阻尼机制与合金中相变形成的共格孪晶界面有关，在周期性应力作用下，合金中的孪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心立方结构(FCC，γ相)向面心四方结构(FCT)转变的马氏体相变。目前Mn-Cu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-γ相界面、马氏体条界面和马氏体条内部由于切变而形成的孪晶界面等，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孪晶界面的密度、界面的可动性是提高Mn-Cu合金的阻尼性能的关键所在。

Mn-Cu基阻尼合金的马氏体转变温度(M_s)和马氏体转变结束温度(M_f)取决于合金中Mn元素的含量和分布的均匀性。铸造Mn-Cu合金(一般锰含量＜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锰区，使马氏体转变结束温度(M_f)较高，合金冷却到室温时马氏体转变较充分，形成大量的微孪晶使其具有较好的阻尼性能。但Mn-Cu合金的铸造性能不好，结晶温度范围宽，容易出现疏松、集中缩孔等缺陷，因此机械性能不理想。锻造Mn-Cu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。锰含量>80％的锻造Mn-Cu合金虽然M_f点高于室温，可在固溶处理后冷却到室温时发生较为彻底的“fcc-fct”马氏体相变，获得较好的阻尼性能，但由于Mn含量高，会引起合金变脆，延伸率和冲击韧性下降。为了保证锻造Mn-Cu合金的力学性能，常采用中锰含量(锰含量为70％左右)的Mn-Cu合金，但这样合金的M_f点往往低于室温，因此通过阻尼化热处理(固溶处理+时效处理)后室温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，导致相变孪晶的数量有限，阻尼性能不理想。

发明内容

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，以进一步提高锻造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Mn-Cu基阻尼合金。

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Mn-Cu基阻尼合金进行深冷处理，深冷处理后再将Mn-Cu基阻尼合金置于室温环境自然升温至室温。

上述方法中，为获得更多的马氏体转变量，将深冷处理后在室温环境自然升温至室温的锻造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温环境自然升温至室温，如此操作1～2次。

上述方法中，所述深冷处理是将Mn-Cu基阻尼合金从室温冷却至-160℃～-60℃，并在此温度下保温0.5～4.5小时。

上述方法中，所述锻造Mn-Cu基阻尼合金的组分及各组分的原子数百分含量如下：Mn为40.0～80.0％，Fe为0.5～4.5％，Ni为0.2～7.0％，Zn为0～5.0％，Al为0～7.0％，稀土元素为0～2.0％，余量为Cu。

上述方法中，所述固溶处理是在850～900℃保温1小时，保温结束后用水冷却，所述时效处理是在400～450℃保温4h，保温结束后，随炉冷却至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

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Mn-Cu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，使马氏体内部的孪晶尺寸更加细小，孪晶界面密度增大，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％以上(见各实施例、对比例)。