專利名稱：鐵錳基耐蝕高阻尼合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金，并且還涉 及該鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，各種機(jī)械的功率和速度不斷提高，伴隨而至的由振動 引起的有害噪聲也相應(yīng)增大。有害的振動會導(dǎo)致材料疲勞，并且降低機(jī)械部件的工作可靠 性。以潛艇為例，潛艇發(fā)動機(jī)振動噪聲的傳播和發(fā)射不但會干擾導(dǎo)航儀器的正常工作，而且 會將自己暴露給對方；又，以音像系統(tǒng)為例，音像系統(tǒng)中的機(jī)械振動將不可避免地調(diào)制成背 景噪聲，影響圖象的質(zhì)量和聲音；及，振動和噪聲還嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量、儀器儀表的精度 和機(jī)械設(shè)備的使用壽命?？梢?，不論是從保護(hù)人們的身心健康和工作環(huán)境的角度考慮，還是從工業(yè)化的發(fā) 展趨勢出發(fā)，振動和噪聲已成為了當(dāng)今世界各國日益重視并且迫切渴望解決的技術(shù)問題。目前，減少和消除有害振動和噪聲的途徑不僅在于采用合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方 案，還有賴于改善材料的阻尼性能，即選用具有高阻尼合金的材料，以阻止和降低振動應(yīng)力 峰的傳播，從而消除并減少有害振動和噪音的產(chǎn)生。通常，降低材料或結(jié)構(gòu)振動所采用的方 法主要有以下三種一是增加質(zhì)量和提高剛性的方法，將結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)得足夠龐大和堅(jiān)固，以 降低振動振幅，此法雖能表現(xiàn)出顯著的效果，但不適合于小型化、輕量化和高速化；二是追 求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性的方法，以巧妙的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件避開共振條件即避免共振，但此法僅適 合于振動源為單一振動頻率的場合；三是利用高阻尼材料使振動衰減的方法，采用柔性設(shè) 計(jì)，即，使振動通過彈性能轉(zhuǎn)化為熱能而消失，該方法不增加構(gòu)件本身的質(zhì)量并且不降低構(gòu) 件的強(qiáng)度，同時還能起到良好的減振降噪的效果。目前，在航天航空航海和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，高阻尼合金特別是耐蝕高阻尼合金已 越來越多地用于各種結(jié)構(gòu)件。鐵錳基(Fe-Mn)阻尼合金如Fe-15Mn或Fe_17. lMn因其具有 強(qiáng)度高、阻尼性能好以及成本比銅基和鎳基阻尼合金低等優(yōu)點(diǎn)而越來越多地用于航天航空 航海和國防軍事等領(lǐng)域。但是，該合金在航海和軍事等特殊的使用環(huán)境中，因其耐蝕性能不 夠理想而在相當(dāng)程度上受到限制。關(guān)于阻尼合金的報道除了前述的Fe-Mn基阻尼合金外，在文獻(xiàn)特別是中國專利文 獻(xiàn)中還可見諸，例如發(fā)明專利申請公開號CN101532114A披露了一種Fe-Cr-Mo基耐蝕高阻 尼合金，該Fe-Cr-Mo合金在應(yīng)變小于4 X 10_4時表現(xiàn)出阻尼性能，而且隨著應(yīng)變量的增加而 增大，但達(dá)到峰值后便隨著應(yīng)變量的增加而減?。灰虼?，F(xiàn)e-Cr-Mo合金主要應(yīng)用于振動能 較小的工作環(huán)境，應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要任務(wù)在于提供一種既具有理想的耐蝕性能又具有卓越的阻尼性能 而藉以拓展應(yīng)用領(lǐng)域的鐵錳基耐蝕高阻尼合金。
本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，該方法工藝 要求不苛刻并且能保障所述鐵錳基耐蝕高阻尼合金的技術(shù)效果的全面體現(xiàn)。
本發(fā)明的首要任務(wù)是這樣來完成的，一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金，其化學(xué)元素及 其含量為0. 4-0. 9wt%的鈦，15-23wt%的錳，余為鐵和不可避免的微量的化學(xué)元素。本發(fā)明的另一任務(wù)是這樣來完成的，一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，包 括以下步驟A)制備鑄錠，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15_23襯％并且純度為99.9%的錳和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 4-0. 9wt%并且純度為99. 9%的鈦以及其余為工業(yè)純鐵加入到真空感應(yīng)爐中熔煉，并且 控制不可避免的微量的化學(xué)元素的含量，待完全熔化后澆注，經(jīng)冷卻得到鑄錠；B)退火，將鑄錠引入退火爐退火，并且控制退火溫度和退火時間，得到退火鑄錠；C)鍛造，對退火鑄錠熱鍛，并且控制開鍛溫度和終鍛溫度，得到鍛造棒材；D)淬火，先將箱式電阻爐升溫，而后將鍛造棒材放入爐內(nèi)保溫，保溫后投入水中淬 火，得到鐵錳基耐蝕高阻尼合金。在本發(fā)明的一個具體的實(shí)施例中，步驟A)中所述的控制不可避免的微量的化 學(xué)元素的含量是將不可避免的化學(xué)元素碳、硅、磷和硫的含量分別控制為碳< 1.0%、硅 彡0. 3%、磷彡0. 04%和硫彡0. 05%。在本發(fā)明的另一個具體的實(shí)施例中，步驟B)中所述的控制退火溫度是將退火溫 度控制為1140-1160°C，所述的控制退火時間是將退火時間控制為20-30h。在本發(fā)明的又一個具體的實(shí)施例中，步驟C)中所述的控制開鍛溫度是指將開始 鍛造時的溫度控制為940-960°C ；而所述的控制終鍛溫度是指將結(jié)束鍛造時的溫度控制為 890-910 "C。在本發(fā)明的再一個具體的實(shí)施例中，步驟D)中所述的將鍛造棒材放入爐內(nèi)保溫 的保溫溫度為1140-1160°C，保溫的時間為80-100min。在本發(fā)明的還有一個具體的實(shí)施例中，步驟D)中所述的投入水中淬火的水的溫 度為常溫水。本發(fā)明提供的技術(shù)方案由于在具有良好的阻尼性能的鐵錳基合金中加入了優(yōu)選 含量的鈦，并且由于鈦能抑制馬氏體和α馬氏體的形成，因而腐蝕形核的位置得以減少， 又由于鈦能改善面心立方固溶體的化學(xué)成分的均一性，降低硫的有害作用，抑制點(diǎn)蝕源產(chǎn) 生，從而能在不構(gòu)成對合金的阻尼性能影響的前提下得以顯著地提高合金的耐蝕性能。提 供的制造方法采用退火工藝，能使鑄件的化學(xué)成分均勻化，改善合金在鑄造過程中所造成 的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，改善塑性和韌性；采用鍛造可提高合金的力學(xué)性能，并且消 除縮松和氣孔之類的鑄造缺陷而藉以減少對合金阻尼性能的影響；采用退火，可獲得較多 的馬氏體以及Y/ε馬氏體之間相界面；整個制造方法工藝步驟簡練，生產(chǎn)成本低，適合于 工業(yè)化放大生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明添加有鈦元素的鐵錳基耐蝕高阻尼合金與已有技術(shù)中的鐵錳基阻 尼合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比圖。圖2為本發(fā)明添加有鈦元素的鐵錳基耐蝕高阻尼合金與已有技術(shù)中的鐵錳基阻尼合金的對數(shù)衰減率_應(yīng)變曲線對比圖。
具體實(shí)施例方式為了使專利局的審查員特別是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有 效效果，申請人將在下面以實(shí)施例的方式并且結(jié)合所給出的圖作詳細(xì)說明，但對實(shí)施例的 描述不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而并非為實(shí) 質(zhì)性的等效變換，則均應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范圍并且受到保護(hù)。實(shí)施例1 A)制備鑄錠，將純度為99. 9%的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15.05wt%的錳(Mn)和純度為 99. 9 %的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 9wt %的鈦(Ti)，余為工業(yè)純鐵投入到真空感應(yīng)爐中熔煉，在金 屬完全熔化后取樣分析，以控制熔液中的不可避免的化學(xué)元素的含量碳(C) ( 0. 1%、硅 (Si) <0.3%、磷(P) ^ 0. 04%和硫(S) ^0. 05，待取樣分析合格后澆注，經(jīng)冷卻得到鑄錠， 所述的取樣分析合格是指所述的化學(xué)元素C、、Si、P和S元素含量達(dá)到前述的控制范圍；B)退火，將由步驟A)得到的鑄錠引入退火爐退火，退火溫度為1150°C，退火時間 為30h，得到退火鑄錠；C)鍛造，將由步驟B)得到的退火鑄錠熱鍛，控制開始(初始)熱鍛時的熱鍛溫度 945°C，而終鍛溫度即鍛造結(jié)束時的溫度為895°C，得到鍛造棒材；D)淬火，先將箱式電阻爐升溫到1145°C，而后將由步驟C)得到的鍛造棒材投入爐 內(nèi)保溫80min，保溫結(jié)束即在保溫80min后將鑄造棒材從爐內(nèi)取出，投入到常溫水中淬火， 得到幾何形狀為棒狀的鐵錳基耐蝕高阻尼合金。本實(shí)施例所得到的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)表明合金的耐蝕性能與已 有技術(shù)中的未添加有鈦(Ti)的鐵錳基合金相比提高了將近3倍，具體請見圖1 ；在提高了 合金的耐蝕性能的同時，合金的阻尼性能并未受到影響，并且采用了 JN-1型倒扭擺內(nèi)耗儀 測試阻尼性能，其結(jié)果由圖2揭示(請見圖2)，從而證明鈦元素并不會對合金的阻尼性能造 成影響。正如申請人在上面的技術(shù)效果欄所述的那樣制造方法采用退火工序，使鑄件的 化學(xué)成分均勻化，改善韌性和塑性；采用鍛造工序，使合金的力學(xué)性能得以提升，并且消除 縮松和氣孔之類的鑄造缺陷，減少對合金阻尼性能的影響；采取退火(也可稱熱處理)工 序，可獲得較多的馬氏體以及Y/e馬氏體之間的界面，抑制點(diǎn)蝕源的產(chǎn)生，從而極致地提 高合金的耐蝕性能，盡管合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，但并沒有對合金的阻尼性能產(chǎn) 生明顯的影響。因此由本發(fā)明的實(shí)施例1所得到的鐵錳基耐蝕高阻尼合金可以應(yīng)用于前述 的諸如航天、航空、航海和軍事等特殊的使用環(huán)境。實(shí)施例2:僅將步驟A)中的錳(Mn)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)改為17wt%，將鈦(Ti)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)改 為0. 8wt% ；將步驟B)中的退火溫度改為1158°C，退火時間改為22h ；將步驟C)中的初鍛 溫度改為960°C，將終鍛溫度改為910°C ；將步驟D)中的爐子升溫溫度改為1160°C，將保溫 時間改為90min。其余均同對實(shí)施例1的描述。實(shí)施例3 僅將步驟A)中的錳(Mn)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)改為23wt%，將鈦(Ti)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)改為0. 4wt% ；將步驟B)中的退火溫度改為1140 ，退火時 間改為25h ；將步驟C)中的初鍛 溫度改為952°C，將終鍛溫度改為890°C ；將步驟D)中的爐子升溫溫度改為1140°C，將保溫 時間改為IOOmin。其余均同對實(shí)施例1的描述。
權(quán)利要求
一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金，其特征在于其化學(xué)元素及其含量為0.4-0.9wt％的鈦，15-23wt％的錳，余為鐵和不可避免的微量的化學(xué)元素。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于包括以下 步驟A)制備鑄錠，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-23襯％并且純度為99.9%的錳和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 4-0. 9wt%并且純度為99. 9%的鈦以及其余為工業(yè)純鐵加入到真空感應(yīng)爐中熔煉，并且 控制不可避免的微量的化學(xué)元素的含量，待完全熔化后澆注，經(jīng)冷卻得到鑄錠；B)退火，將鑄錠引入退火爐退火，并且控制退火溫度和退火時間，得到退火鑄錠；C)鍛造，對退火鑄錠熱鍛，并且控制開鍛溫度和終鍛溫度，得到鍛造棒材；D)淬火，先將箱式電阻爐升溫，而后將鍛造棒材放入爐內(nèi)保溫，保溫后投入水中淬火， 得到鐵錳基耐蝕高阻尼合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于步驟A)中所 述的控制不可避免的微量的化學(xué)元素的含量是將不可避免的化學(xué)元素碳、氮、硅、磷、硫和 氧的含量分別控制為碳彡0. 1%、硅彡0. 3%、磷彡0. 04%和硫彡0. 05。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于步驟B)中所 述的控制退火溫度是將退火溫度控制為1140-1160°C，所述的控制退火時間是將退火時間 控制為20-30h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于步驟C)中所 述的控制開鍛溫度是指將開始鍛造時的溫度控制為940-960°C ；而所述的控制終鍛溫度是 指將結(jié)束鍛造時的溫度控制為890-910°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于步驟D)中所 述的將鍛造棒材放入爐內(nèi)保溫的保溫溫度為1140-1160°C，保溫的時間為80-100min。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵錳基耐蝕高阻尼合金的制造方法，其特征在于步驟D)中所 述的投入水中淬火的水的溫度為常溫水。
全文摘要
一種鐵錳基耐蝕高阻尼合金及其制造方法，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。其化學(xué)元素及其含量為0.4-0.9wt％的鈦，15-23wt％的錳，余為鐵和不可避免的微量的化學(xué)元素。優(yōu)點(diǎn)腐蝕形核的位置得以減少降低硫的有害作用，抑制點(diǎn)蝕源產(chǎn)生，在不構(gòu)成對合金的阻尼性能影響的前提下得以提高合金的耐蝕性能。提供的制造方法采用退火工藝，能使鑄件的化學(xué)成分均勻化，改善合金在鑄造過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，改善塑性和韌性；采用鍛造可提高合金的力學(xué)性能，消除縮松和氣孔之類的鑄造缺陷而減少對合金阻尼性能的影響；采用退火，可獲得較多的馬氏體以及γ/ε馬氏體之間相界面；整個制造方法工藝步驟簡練，生產(chǎn)成本低，適合于工業(yè)化放大生產(chǎn)。
文檔編號C22C38/04GK101871075SQ20101020864
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者于學(xué)勇, 潘毅, 胡朝斌 申請人:常熟理工學(xué)院