铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，本发明专利技术合金材料化学元素质量百分比为：Cu：19‑21％，Ni：4.5‑5.5％，Fe：3‑4％，Al：0.01‑0.05％，RE：0.01‑0.05％，Ca：0.001‑0.01％。RE为Ce和La中的单一元素稀土或混合稀土，余量为Mn和其他不可避免的杂质。合金原料在真空感应熔炼炉内保护气氛下熔化，施加0‑5T横向强磁场，随后进行效热处理。本发明专利技术合金含量少，产品生产成本低，利用磁场磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能效果。本发明专利技术阻尼材料组织致密，性能优良且制造成本低。

Cast high damping manganese copper alloy material and manufacturing method thereof

The invention discloses a casting high damping manganese-copper alloy material and its manufacturing method. The mass percent of the alloy material of the invention is Cu:19_21%, Ni:4.5_5.5%, Fe:3_4%, Al:0.01_0.05%, RE:0.01_0.05%, Ca:0.001_0.01%. RE is a single element rare earth or mixed rare earth element in Ce and La, and the allowance is Mn and other unavoidable impurities. The alloy material is melted in a protective atmosphere in a vacuum induction furnace, applied 0_5T transverse strong magnetic field, and then heat treated effectively. The invention has low alloy content and low production cost, improves macrosegregation by magnetic field magnetic braking effect, refines solidified dendritic structure, promotes inclusion floatation by magnetic field thermo-electromagnetic convection effect, and achieves purification melt to improve damping performance. The damping material is compact in structure, excellent in performance and low in manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法
本专利技术涉及一种阻尼合金及其制造方法，特别是涉及一种孪晶型MnCu基合金及其制造方法，应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料

技术介绍
振降噪技术的研究伴随着现代工业的发展而越发重要。采用阻尼合金来设计制造的各类振动源构件可有效地减轻振动的产生,从根本上降低振动和噪声所产生的危害。孪晶型MnCu基合金以其优良的阻尼性能吸引着中外学者进行了广泛的研究。在从高温向低温的冷却过程中，当γMnCu合金一旦发生顺磁→反铁磁的二级相变，就会伴随从面心立方到正方(γ→γ'，晶格常数c/a<1)的马氏体相变，在这一相变过程中产生的2/3马氏体变体是孪晶变体，这些孪晶马氏体在外力作用下的弛豫运动及再取向是MnCu基合金高阻尼的根源。迄今为止，商用阻尼合金已形成了Sonoston(Mn-37Cu-4A1-3Fe-2Ni,wt.％)、Incramute(Mn-58Cu-2Al,wt.％)、2310(Mn-39Cu-4Al-3Fe-2Ni-2Zn,wt.％)、ZMnD-1J(Mn-43Cu-5Zn-2Al,wt.％)及M2052(Mn-20Cu-5Ni-2Fe,at.％)等众多品种。申请号为CN201310553896.1的专利文献公开了一种具有优良力学性能的高锰含量锰铜基高阻尼合金，通过在M2052合金的基础上添加高熔点金属和稀土元素，经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有优良的阻尼性能和力学性能。申请号为CN201410192802.7的专利文献公开了一种高阻尼Mn-Cu基减振合金及其制备方法，该合金以添加Al、Zn和Th等合金元素为主要特点，同样经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有良好的减震性能。然而，和锻造、轧制合金相比，铸造合金具有制造流程短、生产效率高、综合成本低、环境友好等无可比拟的优势，因此越来越引起人们的广泛关注，但现有的锰铜基阻尼合金添加的稀土元素材料较多，成本居高不下，对凝固组织的控制效果不够理想，所制备的锰铜基阻尼合金的阻尼性能还有很多提升的空间。申请号为CN201210491359.4的专利文献公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，用以解决锰铜合金阻尼性能不稳定的技术问题，但由于该合金加入较多的稀土和碱土元素，合金制备过程复杂、成本过高。申请号为CN201510401435.1的专利文献公开了一种高锰含量MnCuNiAlFe五元阻尼合金及其制备方法,该专利在MnCuNiFe的基础上添加Al、Ti、Si进行合金化，熔炼浇铸后进行高温固溶处理以达到低磁、降噪的目的，但是由于没有时效处理，阻尼性能较差。申请号为CN201611099838.6的专利文献公开了一种具有高热导性锰基高阻尼合金及其制备方法，合金采用尖晶石坩埚铸造，由于合金品种较多，铸造性能较差，同时合金含量高，成本较高。综上所述，MnCu基阻尼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；而锻造MnCu合金组织均匀致密，强度较大，力学性能较铸造合金好，但制造过程综合成本较高。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，不含有或者贵重的合金元素，或者仅仅采用经济型的稀土元素，使得其不仅合金含量少，产品的生产成本低；同时，本专利技术利用磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果。因此，所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：Cu：19-21％；Ni：4.5-5.5％；Fe：3-4％；Al：0.01-0.05％；RE：0.01-0.05％；Ca：0.001-0.01％；余量为Mn和其他不可避免的杂质；其中RE为Ce和La混合稀土，或者Ce或La的单一元素稀土。作为本专利技术优选的技术方案，铸造高阻尼锰铜合金材料的化学元素质量百分配比为：Cu：20-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.03％，RE：0.02-0.05％，Ca：0.001-0.005％，余量为Mn和其他不可避免的杂质。优选上述铸造高阻尼锰铜合金材料中Mn元素质量百分69.5-73.4wt.％。优选铸造高阻尼锰铜合金材料的铸造高阻尼锰铜合金相组成均为γ+γ'。优选铸造高阻尼锰铜合金材料阻尼性能Q-1≥1×10-2。本专利技术上述铸造高阻尼锰铜合金的各化学元素的设计原理为：Mn：作为主要合金元素其含量关系到调幅分解时富Mn相γ-Mn的数量和形态,直接影响相变温度以及阻尼性能的大小，在凝固过程中以非均匀形核核心首先析出，形成枝晶状富Mn区。Mn含量过高时，容易析出α-Mn，使得铸造性能变差同时合金变脆，过低时不能形成γ'相，阻尼性能较差；宜优选采用含量69.5-73.4wt.％。Cu：和Mn一起形成固溶体，在凝固过程中在先析出的富Mn枝晶间富集形成富Cu区，为了使得在高温凝固过程中富Mn区和富Cu区都生成单一的γ-Mn，宜采用含量19-21wt.％。Ni：完全固溶于Mn-Cu合金中，亦可和Mn形成γ相，可以增加合金的韧性和改善其熔铸性能，含量过高时磁性转变和马氏体相变分离，过低时磁场调控效果不明显，宜采用含量4.5-5.5wt.％。Fe：在Mn-Cu合金中完全固溶于γ相中,不以第二相的形式析出,可提高MnCu合金的强韧性，Fe含量过高时，原子固溶引起的晶格畸变将阻碍孪晶的运动，过低时，磁场调控的效果不明显，宜采用含量3-4wt.％。Al：具有脱氧作用且其有助于提高合金的韧性和加工性。当Al含量达到0.01wt.％以上时，其脱氧效果较为显著，但是当Al含量超过0.05wt.％时，熔炼浇铸难度显著增加。本专利技术基于此而将Al含量控制在0.01～0.05wt.％之间，宜采用含量0.01-0.05wt.％。RE：本专利技术所使用的主要为经济型Ce+La混合稀土，或者Ce、La单一元素稀土。具有清洁剂作用,能净化晶界，消除杂质原子钉扎界面的作用,从而提高合金阻尼性能的稳定性，宜采用含量0.01-0.05wt.％。Ca：能净化熔体，使夹杂物变性以控制硫化物分布形态，达到获得细小球形、弥散均布的硫化物的目的，宜采用含量0.001-0.01wt.％。表1.本专利技术化学成分与现有成分的比较(wt％)本专利技术特别设计了铸造高阻尼锰铜合金材料的成分，增加钙元素，采用经济型的系统元素，使主要成分进行必要的简化，产品的生产成本低。相应地，本专利技术的一种铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：19-21％；Ni：4.5-5.5％；Fe：3-4％；Al：0.01-0.05％；RE：0.01-0.05％；Ca：0.001-0.01％的比例称量原料，余量为Mn，其中RE为Ce和La混合稀土材料，或者Ce或La的单一元素稀土材料；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入惰性气体作为保护气体，对原料进行感应加热到1250本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：Cu：19‑21％，Ni：4.5‑5.5％，Fe：3‑4％，Al：0.01‑0.05％，RE：0.01‑0.05％，Ca：0.001‑0.01％，余量为Mn和其他不可避免的杂质；其中RE为Ce和La混合稀土，或者Ce或La的单一元素稀土。

【技术特征摘要】
1.一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：Cu：19-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.05％，RE：0.01-0.05％，Ca：0.001-0.01％，余量为Mn和其他不可避免的杂质；其中RE为Ce和La混合稀土，或者Ce或La的单一元素稀土。2.根据权利要求1所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：其化学元素质量百分配比为：Cu：20-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.03％，RE：0.02-0.05％，Ca：0.001-0.005％，余量为Mn和其他不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：其中Mn元素质量百分69.5-73.4wt.％。4.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：铸造高阻尼锰铜合金相组成均为γ+γ'。5.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：所述铸造高阻尼锰铜合金材料阻尼性能Q-1≥1×10-2。6.一种铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：19-21％；Ni：4.5-5.5％；Fe：3-4％；Al：0.01-0.05％；RE：0.01-0.05...

【专利技术属性】
技术研发人员：田青超，江泽超，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31