[发明专利]一种高强度高阻尼MnCu基合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度高阻尼MnCu基合金的制备方法，属于合金制备技术领域。一种高强度高阻尼MnCu基合金的制备方法，将MnCu基母合金在‑600T²/m～600T²/m的梯度磁场下于1000～1180℃保温0.5～1小时后冷却至室温，得到半固态凝固合金；将所得半固态凝固合金进行热轧，然后经冷轧处理后，进行固溶处理；将固溶处理所得样品置于0.01～20T磁场中，在温度为350～550℃下保温0.5～16小时后冷却至室温，获得目标MnCu基合金。本发明所述方法制备的MnCu基合金比现有技术制备的相同Mn含量合金在保持延伸率基本不降低的情况下抗拉强度提高10～20％，阻尼内耗值提高5％～15％。

技术领域

本发明涉及一种高强度高阻尼MnCu基合金的制备方法，属于合金制备技术领域。

背景技术

具有高强度、高寿命和耐高温等特点的阻尼合金,是用于降低振源和噪声源的一类重要功能材料，在需要抑制噪音和保护环境的精密仪器、航空航天高端装备、国防军事和汽车等领域具有重要应用。孪晶型γMn基阻尼合金由于较高的应用温度、较好的耐腐蚀性，以及容易加工等优势而受到青睐。然而，由于阻尼性能与力学性能通常相互制约，目前正在应用的γMn基阻尼合金因阻尼性能和力学性能匹配不足使其使用条件和范围受到限制，探索研究改善阻尼材料阻尼和力学性能的新方法，提高其性能和应用范围具有重要的理论和应用价值。

孪晶型γMnCu基阻尼合金是研究最广泛的高阻尼合金之一，代表性的有Incramute(英国/Mn-37Cu-4.25Al-3Fe-1.5Ni)、Sonoston(美国/58Cu-40Mn-2Al)、ABPOPA合金(苏联/Mn-Cu-Al-Fe-Ni-Zn)、M2052(日本/Mn-20Cu-5Ni-2Fe)、MC-77(上海交通大学)、2310(华东船舶工业学院/Mn-Cu-Al-Fe-Ni-Zn)和ZMnD-1J(哈尔滨理工大学/Mn-Cu-Al-Zn)等牌号合金产品。这类合金主要以Mn的面心立方结构(fcc)γ相为基体，在尼尔温度以下显示反铁磁性，当合金由γ相区快速淬冷时，fcc晶格转变为面心正方晶格(fct)，形成极细的{101}面马氏体孪晶亚结构。由于顺磁-反铁磁转变温度与fcc-fct马氏体相变温度十分接近，在外力和正方度引起的晶格歪扭作用下移动孪晶界，而出现弛豫型衰减能的峰值，实现高阻尼性。γMnCu基阻尼合金的顺磁-反铁磁转变温度与fcc-fct马氏体相变温度受成分影响很大，应用的阻尼合金Mn含量一般不超过70wt％，如要使中低Mn合金获得高阻尼，必须经过亚稳互溶区(400-600℃)时效产生调幅分解形成纳米级富Mn相和富Cu相，降温时在富Mn区发生反铁磁有序化与晶格耦合，继而诱发合金发生马氏体相变。因此，马氏体孪晶结构的控制是同步提高合金力学和阻尼性能的关键所在。

中国发明专利201510893405.7提出利用深冷处理提高马氏体转变量，可提高锻造MnCu基阻尼合金的阻尼性能。谢晋武等发表在功能材料46(2015)13087的论文“枝晶偏析对MnCu合金阻尼性能的影响”也提出通过优化合金凝固过程，发现缓慢冷却形成的具有显著Mn成分偏析的凝固枝晶组织在调幅分解中可通过提高合金的马氏体相变点而促进在室温形成孪晶结构，实现高温阻尼性。通过优化亚稳态富Mn相的调幅分解、晶粒尺寸、位错密度以及孪晶织构等获得高Mn含量纳米级富Mn富集区，细化孪晶，也可以提高合金马氏体转变温度。通过Ni、Ce、Al、Zn和Fe等多组元掺杂也可以进一步提高γMnCu基合金的阻尼性能。其中添加Fe尽管降低了阻尼性能，但可以降低合金成本和提高力学性能，而备受关注。因此，高阻尼γMnCu基合金的组织控制可归纳为：1)控制合金凝固过程，形成Mn成分偏析的枝晶组织；2)利用元素掺杂和热处理制度等手段促进低温亚稳互溶区富Mn相的调幅分解，提高马氏体相变温度。如能通过双重手段控制凝固和调幅分解过程，利用扩散偏聚机制，促进形成富Mn相的富集区，可达到优化提高γMnCu基合金阻尼性能的目的。同时若能结合Fe或Ni元素掺杂的强化作用，提高γMnCu基合金的力学性能，在有效降低阻尼合金生产成本的同时提高其实用性。