專利名稱：一種耐蝕高阻尼Fe-Cr-Mo-Cu合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Fe-Cr-Mo基合金阻尼性能和耐蝕性能的改善技術(shù)，具體是一種 Fe-Cr-Mo-Cu耐蝕高阻尼合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的高度發(fā)展，機(jī)械部件產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音已嚴(yán)重影響儀器的精密度和設(shè)備的使用壽命。在國防和航空航天技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，減振降噪顯得十分重要。因此，減少機(jī)械振動(dòng)降低設(shè)備噪音已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題，尋找更有效的減振降噪方法也成了研究方向之一。人們通常采用的減振降噪方法都是根據(jù)振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原理，通過特殊設(shè)計(jì)或增加構(gòu)件質(zhì)量等方法來減小振動(dòng)能量向周圍部件的輻射傳播，或者是在振動(dòng)能量傳出前耗散掉。這類方法的缺點(diǎn)非常明顯體積大重量大、安裝成本高，不能從根本上解決減振降噪問題。而采用高阻尼合金制作振源構(gòu)件，不會(huì)增加構(gòu)件本身的質(zhì)量但強(qiáng)度不減，同時(shí)還具有很好的減振降噪效果，更重要的是高阻尼合金具有很好的力學(xué)性能、好的耐蝕性能以及在較高溫度環(huán)境下仍能保持較好的阻尼性能等優(yōu)點(diǎn)。在國防、航空航天以及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，高阻尼合金已越來越多地被用作各種結(jié)構(gòu)部件。Fe-Cr-Mo合金不僅具有較高的阻尼性能、較好的力學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)，而且該合金在低于400°C仍能保持良好的阻尼性能，使用溫度范圍較寬，且其阻尼性能不隨振動(dòng)頻率變化而變化，作為一種減振降噪的結(jié)構(gòu)材料在工程上得到了應(yīng)用。Fe-Cr-Mo合金雖然具有一定的阻尼性能，但減振效果有待提高，更重要的是其耐腐蝕性能不理想，限制其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種阻尼性能高、耐蝕性能好的 ^-Cr-Mo-Cu減振合金及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中Fe-Cr-Mo合金存在的減振效果有待提高、耐腐蝕性能不理想等問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種耐蝕高阻尼 ^-Cr-Mo-Cu合金，以Fe-Cr-Mo阻尼合金為基礎(chǔ)，添加其他合金元素以提高合金的阻尼性能和耐蝕性能，在 ^-Cr-Mo阻尼合金中添加少量的Cu元素 (0. 3-0. 7wt. % )。所述的耐蝕高阻尼Fe-Cr-Mo-Cu合金，合金的各組分及重量百分比為 12-14wt. % Cr,2-3wt. % Μο,Ο. 3-0. 7wt. % Cu，其余為 Fe。所述的耐蝕高阻尼 ^-Cr-Mo-Cu合金，雜質(zhì)元素的總含量小于0. 02wt. %。本發(fā)明通過以下制備方法得到根據(jù)合金成分配比，取工業(yè)純鐵和99. 9wt. %的 Cr、Mo、Cu金屬原料，采用真空感應(yīng)爐熔煉，經(jīng)過澆鑄、鍛造后采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫雀纳坪辖鸬男阅?，抑制晶界碳化物析出，有效地減少晶界附近貧鉻區(qū)，不僅明顯提高合金的阻尼性能，而且改善了合金的耐蝕性能。
本發(fā)明合金澆鑄后，在1100士 10°C開鍛，終鍛溫度為900士 10°C ；鍛造后進(jìn)行熱處理，在1100士 10°C下保溫15-25min，爐冷至室溫。本發(fā)明合金基體是!^e-Cr-Mo陽尼合金，該合金屬于鐵磁型陽尼合金，阻尼來源于應(yīng)力誘導(dǎo)下合金內(nèi)磁疇壁的不可逆運(yùn)動(dòng)，磁疇壁的可動(dòng)性是影響鐵磁合金阻尼性能的關(guān)鍵。Fe-Cr-Mo合金在高溫退火過程中往往導(dǎo)致富Cr碳化物(C^3C6)在晶界析出，Cr23C6的析出會(huì)在晶界附近產(chǎn)生貧鉻區(qū)，從而降低合金的耐蝕性能。此外，晶界碳化物的析出對(duì)合金阻尼性能不利。因此，減少晶界Cr23C6的析出不僅對(duì)提高耐蝕性能有利，而且有利于提高合金的阻尼性能。為了提高 ^-Cr-Mo減振合金的阻尼性能和耐蝕性能，向Fe-Cr-Mo合金中添加少量的Cu元素，通過調(diào)整熱處理工藝，適當(dāng)粗化合金組織，消除合金內(nèi)應(yīng)力，并使碳化物在晶內(nèi)析出，減少晶界碳化物的數(shù)量，從而抑制晶界Cr23C6的析出，提高合金的阻尼性能，同時(shí)改善耐腐蝕性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明明顯提高了合金的阻尼性能，在應(yīng)變振幅ε <2Χ10_4下，合金的阻尼性能可提高一倍。本發(fā)明高阻尼耐蝕合金具有與普通奧氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能、使用溫度范圍寬、成本低以及加工性能好等優(yōu)良的綜合性能，可作為高阻尼結(jié)構(gòu)材料。2、本發(fā)明在提高阻尼性能的同時(shí)，合金的耐蝕性能也得到較大改善，添加Cu元素后合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)由37%降到20%。3、本發(fā)明合金還具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在400°C下仍具有較好的阻尼性能，而且不受振動(dòng)頻率的限制，這是除i^e-Cr系阻尼合金以外的阻尼合金所不具備的。4、本發(fā)明通過在!^e-Cr-Mo阻尼合金中添加少量Cu元素，經(jīng)一定的熱處理制度改善合金的顯微組織，不僅提高了合金的阻尼性能，而且改善了合金的耐蝕性能，擴(kuò)大該合金的應(yīng)用范圍，有望在國防工業(yè)的某些特殊領(lǐng)域得到應(yīng)用。


圖1為添加Cu元素前后，F(xiàn)e-Cr-Mo合金阻尼-應(yīng)變振幅曲線對(duì)比圖。圖2為添加Cu元素前后，F(xiàn)e-Cr-Mo合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比圖。圖3(a)-圖3(b)為經(jīng)高溫退火熱處理后合金的晶界碳化物掃描電鏡(SEM)照片。 其中，圖3 (a) Fe-Cr-Mo合金晶界碳化物SEM圖(10000X)；圖3 (b) Fe-Cr-Mo-Cu合金晶界碳化物SEM圖(5000 X)。
具體實(shí)施例方式采用工業(yè)純鐵和99. 9wt. %的高純金屬Cr、Mo、Cu金屬為原材料，合金的組成為 13wt. %Cr,2. 5wt. %Mo,0. 5wt. % Cu，其余為！^。采用真空感應(yīng)爐熔煉合金，具體加工工藝及熱處理制度如下采用鍛造工藝，減少合金中的疏松、氣孔、偏析等缺陷，以減少對(duì)磁疇壁運(yùn)動(dòng)的阻礙。經(jīng)過1100士 10°C退火20min隨后爐冷，得到完全鐵素體組織的Fe-Cr-Mo-Cu 合金。該合金的阻尼性能為0.052( ε = 3.5X 10_5)，是添加Cu之前合金阻尼性能的1倍 (如圖1)。合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)也明顯降低，從37%降低到了 20% (如圖2)。如圖 3 (a) - (b)，從兩種合金的晶界SEM結(jié)果可以看出，添加Cu元素后合金在晶界析出的碳化物明顯減少。晶界碳化物的減少不僅減少貧鉻區(qū)的產(chǎn)生，提高合金耐腐蝕性能，同時(shí)合金磁疇壁的阻礙作用較少，提高了合金的阻尼性能。冶煉工藝操作步驟如下1)首先，將工業(yè)純鐵、純度為99. 9wt. %的Cr、Mo和Cu加入到真空熔煉爐中，嚴(yán)格控制微量元素0、H、N等的含量，待金屬全部熔化后澆鑄成型，完全凝固，待冷卻后開模取出鑄件合金。2)去除鑄件的冒口區(qū)，然后在1100士 10°C開鍛，終鍛溫度為900士 10°C，合金的變形量在60%左右。采用鍛造工藝，可以減少鑄件中的疏松、氣孔、偏析等缺陷，減少對(duì)磁疇壁運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。熱處理工藝如下合金隨爐升溫至1100士 10°C下保溫20min，然后隨爐冷卻至室溫。在高溫下退火可以有效地去除合金內(nèi)位錯(cuò)、空位等缺陷，高溫下保溫一段時(shí)間后隨爐冷卻，可以使Ti元素在晶內(nèi)充分形成碳化物，以減少碳化物在晶界處的析出。阻尼性能測(cè)試如下在TA Q800型動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)上進(jìn)行，采用三點(diǎn)彎曲振動(dòng)模式測(cè)量合金阻尼性能(Q—1)隨應(yīng)變振幅(ε )的變化。振動(dòng)頻率為1Hz，測(cè)量溫度為35°C。點(diǎn)蝕測(cè)試步驟如下按照ASTM G48-00-A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為30mmX8mmX2mm，磨制好的試樣放置
在恒溫23°C的濃度6wt. % FeCl3溶液里浸泡72h，采用電子天平對(duì)實(shí)驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量進(jìn)
行測(cè)量，點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)按下式計(jì)算 jfl—jfl^ = --X100%
Jnl其中mi、m2分別為點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)前、后試樣的質(zhì)量。圖1為!^e-Cr-Mo與!^-Cr-Mo-Cu合金阻尼應(yīng)變振幅曲線，由圖可見，在應(yīng)變振幅 ε <2Χ10_4下，添加Cu后合金的阻尼性能提高非常明顯。圖2為添加Cu前后合金的點(diǎn)蝕損失質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比圖，由圖可見，添加Cu后合金的耐蝕性能提高明顯。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明以Fe-Cr-Mo合金為基，通過添加少量的Cu元素，經(jīng)真空熔煉、鍛造、熱處理等工藝，減少晶界碳化物的數(shù)量，有效地減少了晶界附近的貧鉻區(qū)，明顯提高了合金的阻尼性能和耐蝕性能。本發(fā)明耐蝕高阻尼合金具有與普通奧氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能、使用溫度范圍寬、成本低以及強(qiáng)耐腐蝕性能等優(yōu)良的綜合性能，可作為高阻尼結(jié)構(gòu)材料加以開發(fā)利用。
權(quán)利要求
1.一種耐蝕!^e-Cr-Mo基高阻尼合金，其特征在于在!^e-Cr-Mo阻尼合金中添加少量的Cu元素，添加的Cu元素含量為0. 3-0. 7wt. %。
2.按照權(quán)利要求1所述的耐蝕高阻尼合金，其特征在于，合金的成分如下 12-14wt. % Cr,2-3wt. % Μο,Ο. 3-0. 7wt. % Cu，其余為 Fe。
3.—種權(quán)利要求1或2所述的耐蝕!^e-Cr-Mo基高阻尼合金的制備方法，其特征在于 采用真空感應(yīng)爐熔煉，合金澆鑄后，在1100士 10°C開鍛，終鍛溫度為900士 10°C ；鍛造后進(jìn)行熱處理，在1100士 10°C下保溫15-25min，爐冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及Fe-Cr-Mo基合金阻尼性能和耐蝕性能的改善技術(shù)，具體是一種Fe-Cr-Mo-Cu耐蝕高阻尼合金及其制備方法。以Fe-Cr-Mo阻尼合金為基礎(chǔ)，添加其他合金元素以提高合金的阻尼性能和耐蝕性能。本發(fā)明經(jīng)真空熔煉、鍛造、熱處理等工藝，抑制晶界碳化物析出，有效地減少晶界附近貧鉻區(qū)，大幅度地提高合金的阻尼性能，同時(shí)改善合金的耐蝕性能。本發(fā)明耐蝕高阻尼合金采用真空感應(yīng)熔煉方法進(jìn)行熔煉，澆鑄后在1100±10℃開鍛，終鍛溫度為900±10℃。熱處理工藝1100±10℃保溫15-25min，爐冷至室溫。本發(fā)明高阻尼耐蝕合金具有與普通奧氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能、使用溫度范圍寬、成本低以及加工性能好等優(yōu)良的綜合性能，可作為高阻尼結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號(hào)C22C38/22GK102534386SQ20101058132
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者張波, 戎利建, 李依依, 李秀艷, 胡小鋒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所