用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法，其化学元素质量百分配比为：Cu：15

【技术实现步骤摘要】
of mechanical spectroscopy of high damping MnCuNiFe alloy，Materials Science and Technology,36(6)743
‑
749,2020)。由于热激活作用，位错的运动能力以及运动速率随着温度的上升而提高。但如何实现在较宽的温区或者常温附近温区实现Mn
‑
Cu基合金的阻尼作用，仍然需要开发新的更高阻尼性能的合金材料、易于实现的低成本制造方法来满足技术需要。

技术实现思路

[0007]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，提供一种用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法，本专利技术能提升合金服役温度范围内阻尼性能，利用定向凝固工艺结合高温磁场热处理工艺，通过高温时效过程中化学成分的调幅分解效应，诱导形成运动能力高的马氏体孪晶以及可动性好的高密度位错，具有优良环境适应性，从而实现制备高阻尼性能锰铜基合金的目的。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用如下专利技术构思：
[0009]本专利技术通过合适的热处理工艺使锰铜合金获得高的位错密度，提高其运动活性并将马氏体相变温度提高，即可使得所制备的合金在
‑
20℃至100℃较宽的温度范围内孪晶阻尼和位错阻尼的作用相得益彰，在宽泛的温区范围保持连续的高阻尼性能，可以适用低温到高温的冷热循环等复杂、极端环境条件下的振动噪声控制，具有优良的环境适应性。
[0010]根据上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：/>[0011]一种用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其化学元素质量百分配比为：
[0012]Cu：15
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25wt.％；
[0013]Ni：1
‑
5wt.％；
[0014]Co：0.1
‑
1.5wt.％；
[0015]Fe：0
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2.5％；
[0016]Zn：0
‑
1.5wt.％；
[0017]Sn：0
‑
1.0wt.％；
[0018]余量为Mn和其他不可避免的杂质。
[0019]优选地，本专利技术用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金至少含有Fe、Zn、Sn中的一种元素。
[0020]优选地，本专利技术用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金在
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20℃～100℃温区能实现高阻尼作用，其阻尼性能tanδ为0.0285
‑
0.0925。进一步优选地，其在
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20℃～60℃温区能实现高阻尼作用；其阻尼性能tanδ为0.0442
‑
0.0925。
[0021]优选地，本专利技术用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金具有马氏体相变位错以及孪晶组织。
[0022]本专利技术所述的定向凝固高阻尼锰铜合金的各化学元素的设计原理：
[0023]Mn：作为主要合金元素其含量关系到调幅分解时富Mn相γ
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Mn的数量和形态,直接影响相变温度以及阻尼性能的大小。Mn含量过高时，容易析出α
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Mn，导致合金变脆，同时很难加工，过低时不能形成γ'相，阻尼性能较差，宜采用含量70
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75wt.％。
[0024]Cu：和Mn一起形成固溶体，含量较高时，时效时间长，使用温度较低且生产成本较高；含量较低时耐腐蚀性能较差，宜采用含量15
‑
25wt.％。
[0025]Ni：完全固溶于Mn
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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，提高磁场调控效果，使磁性转变和马氏体相变分离、调节使用温度范围，宜采用含量1
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5.0wt.％。
[0026]Co：完全固溶于γ相中,可提高MnCu合金的强韧性,时效过程有效提高位错密度，但价格昂贵，宜采用含量0.1
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1.5wt.％。
[0027]Fe：完全固溶于γ相中,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，宜采用含量0
‑
2.5wt.％。
[0028]Zn：完全固溶于γ相中,时效过程有效提高位错密度，但是当含量超过1.5wt.％时熔炼挥发严重，影响生产及设备寿命。宜采用含量0
‑
1.5wt.％。
[0029]Sn：完全固溶于γ相中,时效过程有效提高位错密度，提高合金阻尼性能的稳定性，，但是当含量超过1.0wt.％时熔炼难度显著增加。宜采用含量0
‑
1.0wt.％。
[0030]一种本专利技术用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)原料准备和母合金材料制备：
[0032]按照合金元素按重量百分配比称量原料：Mn:70
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75wt.％、Cu:15
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25wt.％、Ni:1
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5wt.％、Co:0.1
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1.5wt.％、Fe:0
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2.5wt.％、Zn:0
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1.5wt.％、Sn:0
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1.0wt.％，将原料放在坩埚中，置于真空感应熔炼炉内熔化，熔化期间通入氩气保护气氛，感应加热到1200
‑
1350℃，保温20
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50min，使得原材料充分熔化，然后凝固铸造母合金铸锭，得到铸态锰铜基合金；
[0033](2)高阻尼锰铜合金制备：
[0034]准备定向凝固炉，设置炉体上半部分为合金加热熔化区，下半部分为冷却池，将在所述步骤(1)中制备的铸态锰铜基合金放入空心刚玉管中，利用定向凝固炉，对铸态锰铜基合金进行定向凝固处理，步骤如下：
[0035](2
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1)将装有锰铜基合金的刚玉管送到加热熔化区，待合金达到熔点1150
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1250℃温度时，保温10
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30min，使合金充分熔化，在刚玉管中得到母合金熔体；
[0036](2
‑
2)以1
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100μm/s的抽拉速度，将刚玉管中凝固的合金往下拉入淬火池，得到定向凝固锰铜合金；
[0037](2
‑
3)在0
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0.1T交变磁场条件下，将在所述步骤(2
‑
2)中得到的定向凝固锰铜合金加热至400
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460℃，保温2
‑
4h，进行时效热处理，得到磁场热处理态定向凝固锰铜合金成品。
[0038]优选地，在所述步骤(2)中，定向凝固炉下半部分为Ga
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In
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Sn冷却池。
[0039]优选地，在所述步骤(2
‑
3)中，在0.1T交变磁场条件下进行时效热处理。
[0040]本专利技术在时效过程中施加磁场，获得不同的合金元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其特征在于：其化学元素质量百分配比为：Cu：15
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25wt.％；Ni：1
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5wt.％；Co：0.1
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1.5wt.％；Fe：0
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2.5％；Zn：0
‑
1.5wt.％；Sn：0
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1.0wt.％；余量为Mn和其他不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其特征在于：至少含有Fe、Zn、Sn中的一种元素。3.根据权利要求1所述用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其特征在于：其在
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20℃～100℃温区能实现高阻尼作用，其阻尼性能tanδ为0.0285
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0.0925。4.根据权利要求3所述用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其特征在于：其在
‑
20℃～60℃温区能实现高阻尼作用；其阻尼性能tanδ为0.0442
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0.0925。5.根据权利要求1所述用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金，其特征在于：具有马氏体相变位错以及孪晶组织。6.一种权利要求1所述用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原料准备和母合金材料制备：按照合金元素按重量百分配比称量原料：Mn:70
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75wt.％、Cu:15
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25wt.％、Ni:1
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5wt.％、Co:0.1
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1.5wt.％、Fe:0
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2.5wt.％、Zn:0
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1.5wt.％、Sn:0
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【专利技术属性】
技术研发人员：田青超，张思斌，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：