[发明专利]一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法

说明书

本发明公开了一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，步骤包括：选取金属原料及合金料，并布料装炉；抽真空，加电预热；炉内金属原料红热后充氩气保护，并继续加热至熔化熔清；静置精炼；造渣；扒渣；添加合金料；调温浇注。本发明的优点在于引入造渣工序，可有效清除锰铜合金熔炼过程中产生的大量金属氧化物夹杂，提高合金纯净度，改善合金的锻造性能和合金质量；补缩阶段采用反复浇注补缩工艺，可有效减小铸锭缩孔缩松，改善冒口锻造性能，提高铸锭利用率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及特种合金的冶炼制备技术领域，具体涉及一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法。

背景技术

伴随着科技快速进步，人们对机械系统自身稳定性、精密度的要求日益提高。机械振动带来的危害，尤其是航空航天、精密机加工、精密测量等领域，微振动干扰带来的危害日益显现。因此，采用结构功能一体化的高阻尼合金，用来加工制备振源支撑构件，从而起到减振、隔振的效果，以便提升整体系统的精度、稳定性和寿命，受到社会的广泛重视。

相比于其它减振阻尼材料，锰铜基减振合金因其具有宽温区、高阻尼、高强度等综合优势。锰铜基减振合合金的成分一般为50-75％Mn,20-40％Cu以及少量Ni、Fe、Al等其它一些合金化元素。锰铜基阻尼合金优良的减振吸能特性来源于合金内部马氏体相内含有的大量微孪晶结构。大量的马氏体微孪晶在外力作用下发生的弛豫运动能够导致能量被迅速耗散，从而使得振源引起的机械振动被高效衰减。目前锰铜基减振合金已经取得了一定的商业应用，包括作为潜艇螺旋桨用材料，以及用于制造减振支架、基座、垫片和座脚等结构支撑部件，都取得了明显的效果。

关于锰铜基减振合金高阻尼产生的机制目前已有统一的认识，有关合金成分、组织与性能特点之间关系的研究等方面也有一些文献报道。但是，有关锰铜基减振合金熔炼、锻造和轧制等重要热加工工艺的研究尚未见有报道。这些制备过程不仅是决定材料化学成分、晶体组织与力学性能的关键过程，也是实际材料和产品生产过程中必不可少的工艺。

由于锰铜合金热导率差，结晶温区宽，导致其凝固过程时间较长。同时合金在固、液状态体积差别较大，不但在降温凝固过程中很容易发生宏观成分偏析，导致铸锭材料组织和性能均匀性、一致性较差，而且还容易导致浇铸合金锭缩孔缺陷明显。如果仍然按照常规浇注工艺，冒口深度可达整个铸锭长度一半左右，导致原料严重浪费，增加生产成本。因此，为了降低铸锭缺陷带来的损失，必须严格控制真空度、浇注温度、浇注速度、补缩制度等工艺参数。

另一方面，由于锰铜基减振合金熔炼原料中含有高达40-75％的电解锰片，锰元素具有化学性质活泼，真空蒸气压高的特点。在存放和熔炼过程中与熔炼环境(气氛、坩埚)之间可产生复杂的物理化学反应，锰元素具有很强的形成氧化物夹杂的倾向。即使真空熔炼，也会在熔体内部生成大量金属氧化物和非金属氧化物夹渣。产生的夹渣将严重影响合金的后期锻造和使用性能。因此，合金熔炼工艺涉及的坩埚、布料、真空度、熔炼温度、静置时间等参数也需要严格控制。

专利CN103556020B中公开了具有优良力学性能的高锰含量锰铜高阻尼合金，合金材料的化学成分包括：Cu为21.0-24.5wt.％，Ni为2.0％-7.0wt.％，Fe为1％-3wt.％，0稀土元素含量1.2wt.％，0高熔点金属原料含量3.0wt.％，其余为Mn，且C0.1wt.％。其生产的合金材料阻尼性能良好，但该合金采用Ce、La稀土元素和高熔点金属元素，成本较高；且多种元素叠加引起密度差别增大和热导率的进一步下降，更容易引起合金锭成分的宏观偏析和严重的缩孔缺陷。此专利主要集中在合金成分方面，在具体的熔炼工艺方面并没有详细规范的说明。