一种高碳阻尼减振钢的制备方法及其熔炼铸造装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高碳阻尼减振钢的制备方法及其熔炼铸造装置，属于结构功能一体化工程材料领域。本发明专利技术采用真空感应熔炼和离心铸造相结合的复合铸造方式，利用复合剪切流技术，结合后续的控轧控冷及热处理技术，缩短高碳阻尼减振钢的热处理时间。本发明专利技术包括复合剪切流铸造

【技术实现步骤摘要】
一种高碳阻尼减振钢的制备方法及其熔炼铸造装置
[0001]本专利申请要求申请号202210856214.3、申请日20220721、专利技术名称《一种高碳阻尼减振钢的制备方法及其熔炼铸造装置》的优先权。


[0002]本专利技术涉及一种高碳阻尼减振钢的制备方法及其熔炼铸造装置。属于结构功能一体化工程材料


技术介绍

[0003]随着科学技术的不断发展，人们对工作环境的要求也不断提高，而噪声作为工作中的常见污染源日益受到人们的重视，因此开发出满足工作性能的减振材料成为当前材料发展的一个关键方向[文献一：杜国芳，单长吉，蔡彦，杨海涛.浅谈减振降噪材料[J].科学技术创新，2018(32)：189
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190]。
[0004]目前减振降噪的思路主要可分为三类：一类是通过设计零部件或改变机械结构使得振动源与周围结构部件相隔离，以达到阻止振动向周围进行辐射传播的目的，或者使振动在传播前耗散掉，这样的设计势必会增加结构体积，使得成本提高[文献二：李湘洲.减振合金(一)[J].金属世界，1995,(5):10
‑
11]。第二类是在材料表面设计涂层，以达到不改变材料性能的前提下获得减振效果[文献三：ChenYu gang,Zhu Qing yu,Zhai Jing yu.Experimental investigation on fatigue of blade specimen subjected to resonance and effect of a damping hard coating treatment[J].Journal ofCentral South University,2021,28(2)]。第三类则是直接改变材料本身性能，或设计出新的结构材料，来同时满足使用要求和减振要求，降低生产成本，这是目前减振材料的主要设计思路[文献四：Jaydeep M.Karandikar,Christopher T.Value of information
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based experimental design:Application to process damping in milling[J].Precision Engineering,2014,38:799
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808]。
[0005]海洋舰船中减振降噪是一项十分重要的任务，开发出具有减振性的高性能材料是一项亟待解决的问题。钢具有综合性能优良、生产成本低、应用范围广的特点，目前的结构材料仍以钢为主。舰船用通海泵的底座以传统的碳素结构钢作为结构材料，其阻尼损耗因子Q
‑1小于0.01，减振性能不好，需要找到其替换钢材料[文献五：于学勇,刘立,杨莉,郭国林.减振铸铁、铁锰系合金和铁铬铝系合金的阻尼机制研究[J].热加工工艺,2016,45(04):79
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80+83.]。如果通过钢石墨化过程析出大量的石墨，钢在保证力学性能优良的同时，提高其减振性能，从而达到力学性能和减振性能的优化，起到减振降噪的作用，满足使用需求。“一种结构功能一体化高碳阻尼减振钢及其制备方法”(专利号：CN113355603A)，该专利技术中的复相型高碳阻尼减振钢，具有优良的力学性能和减振性能，且合金元素种类少，含量低，原料成本低，但为了达到较好的力学性能和减振性能需要较长的热处理时间。
[0006]石墨的形状大小及分布对于力学性能和减振性能影响大，可以通过改变铸态钢中石墨的形态和分布，从而对热处理过程中的石墨化产生影响，最终优化力学性能和减振性
能。本课题组专利技术的复合剪切流铸造技术中，通过控制凝固过程中流场的大小及方向来控制温度场，金属熔体拥有较大的过冷度，能够爆发性形核，可以实现铸锭不同位置的化学元素分布均匀，基本无宏观偏析；并可以改变第二相的形态、大小和分布，使其更加细小，均匀弥散分布；最终得到的铸锭宏观组织中柱状枝晶大幅减少，由细等轴枝晶和表层细晶组成[文献六：Wang Tao,Chen Xiao hua,Luo xiang.Formation ofSi nanoparticle inAl matrix for Al
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7wt.％Si alloy during complex shear flow casting[J].Journal of Alloys and Compounds,2018,739:30
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34]。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种利用复合剪切流铸造技术制备高碳阻尼减振钢铸锭，并后续对铸锭进行热轧和热处理，从而制备出热处理时间短、性能优异的高碳阻尼减振钢。
[0008]一种高碳阻尼减振钢制备方法，采用真空感应熔炼和离心铸造相结合的复合铸造方式，利用复合剪切流技术，结合后续的控轧控冷及热处理技术，缩短高碳阻尼减振钢的热处理时间，包括以下步骤：
[0009](1)准备熔炼所需的原材料，高碳阻尼减振钢化学成分质量百分比为：C≥1.2％，Si：1.5％
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1.7％，Mn：0.20％
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0.22％，Ni：2.15％
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2.25％，Al：0.25％
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0.27％，余量：Fe；
[0010](2)将原材料放入熔炼系统的坩埚中，铸型嵌入离心桶中，在铸型和离心桶之间填充耐火保温材料，对铸型进行预热处理；
[0011](3)采用感应熔炼工艺将坩埚中的原材料加热熔化并保温，保温完成后将合金熔体浇入铸型中。
[0012](4)开启电机驱动底部离心盘，带动离心桶，离心桶与底部离心盘按设定的转速比运动，直至合金完全凝固之后取出铸锭。
[0013](5)对铸锭经高温均匀化后，采用控制轧制过程的温度进行轧制。
[0014](6)将轧板进行等温热处理后进行炉冷处理，使轧板石墨化，即得到所述高碳阻尼减振钢。
[0015]进一步地，步骤(2)中预热处理的温度为150
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250℃，时间为1
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5h。所述铸型的预热以及填充耐火保温材料，是为了使熔体浇注入铸型后维持一定的过冷度，避免熔体快速凝固，确保通过底部离心盘和离心桶的转动在合金熔体中施加复合剪切流。确保熔体浇注入铸型后保持液体状态，从而保证复合剪切流对合金熔体的凝固过程发挥作用。
[0016]进一步地，步骤(3)中所述采用感应加热工艺，确保熔炼过程中合金元素在熔体中的均匀分布，为后期凝固过程中晶体在熔体中的均匀形核和生长提供有利条件。感应线圈起加热、熔化金属的作用。
[0017]进一步地，步骤(4)中所述底部离心盘与离心桶的旋转方向相反，以形成强烈复合剪切流。优选所述底部离心盘沿逆时针方向转动，离心桶沿顺时针方向转动。所述底部离心盘和离心桶同时转动，形成熔体的自转和公转，在凝固过程中合金熔体内部产生复合剪切流；复合剪切流促进凝固过程中温度场和浓度场的均匀化，提高石墨形核率，另一方面与各向异性表面张力协同作用，使石墨在生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳阻尼减振钢制备方法，其特征在于，采用真空感应熔炼和离心铸造相结合的复合铸造方式，利用复合剪切流技术，结合后续的控轧控冷及热处理技术，缩短高碳阻尼减振钢的热处理时间，包括以下步骤：(1)准备熔炼所需的原材料，高碳阻尼减振钢化学成分质量百分比为：C≥1.2％，Si：1.5％
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1.7％，Mn：0.20％
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0.22％，Ni：2.15％
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2.25％，Al：0.25％
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0.27％，余量：Fe；(2)将原材料放入熔炼系统的坩埚中，铸型嵌入离心桶中，在铸型和离心桶之间填充耐火保温材料，对铸型进行预热处理；(3)采用感应熔炼工艺将坩埚中的原材料加热熔化并保温，保温完成后将合金熔体浇入铸型中；(4)开启电机驱动底部离心盘，带动离心桶，离心桶与底部离心盘按设定的转速比运动，直至合金完全凝固之后取出铸锭；(5)对铸锭经高温均匀化后，采用控制轧制过程的温度进行轧制；(6)将轧板进行等温热处理后进行炉冷处理，使轧板石墨化，即得到所述高碳阻尼减振钢。2.如权利要求1所述高碳阻尼减振钢制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述底部离心盘与离心桶的旋转方向相反，所述底部离心盘沿逆时针方向转动，离心桶沿顺时针方向转动，形成熔体的自转和公转，在凝固过程中合金熔体内部产生复合剪切流；复合剪切流促进凝固过程中温度场和浓度场的均匀化，提高石墨形核率，另一方面与各向异性表面张力协同作用，使石墨在生长过程中发生分裂和细化，最终实现铸锭中石墨尺寸的细化。3.如权利要求1所述高碳阻尼减振钢制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述离心桶与底部离心盘按1：0.75的转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓华，虞鑫宁，王自东，范伟杰，郭文文，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：