專利名稱：一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造Fe-Cr-M0高阻尼合金的力學(xué)性能、阻尼性能、鑄造性能的改善技術(shù)及合金制備技術(shù)，更準(zhǔn)確說，涉及合金化、微合金化等技術(shù)手段改善合金的力學(xué)性能、阻尼性能及合金的鑄造性能，所說的合金及其鑄件力學(xué)性能達(dá)到Fe-16Cr-2. 5Mo三元變形高阻尼合金的水平，且具有更優(yōu)良的阻尼性能。技術(shù)背景
現(xiàn)代科技的發(fā)展促進(jìn)機(jī)械設(shè)備功率及運(yùn)轉(zhuǎn)速度的快速提高，由此引發(fā)的振動和噪聲污染，已經(jīng)與大氣污染、水污染一起被視為當(dāng)今世界的三大公害。在工業(yè)生產(chǎn)方面，振動和噪聲嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量、儀器儀表的精度以及機(jī)械設(shè)備的使用壽命。從人本角度，振動和噪聲污染，不但破壞人類的生存環(huán)境，還嚴(yán)重危害人類的身心健康。因此，減振降噪，改善人機(jī) 工作環(huán)境，成為當(dāng)今科研工作者的重要研究課題。常規(guī)的減振降噪措施如采用增加質(zhì)量提高剛度，改進(jìn)設(shè)計(jì)避免共振，增設(shè)阻尼減振器設(shè)備等不符合裝備小型化、輕量化的發(fā)展趨勢，并且無法滿足新型裝備對振動及噪聲的控制要求。采用具有減振降噪功能的阻尼合金制備振動部件能從振動根源直接降低設(shè)備的振動和噪聲水平，是控制振動和噪聲最直接最根本的措施。Fe-Cr-Mo系高阻尼合金由于同時(shí)具有良好的阻尼性能和力學(xué)性能，在國內(nèi)外已獲得研究和應(yīng)用。目前關(guān)于Fe-Cr-Mo系高阻尼合金的研究主要集中在變形合金上，未見關(guān)于鑄造Fe-Cr-Mo系高阻尼合金的研究及相關(guān)報(bào)道。而機(jī)械設(shè)備的振動發(fā)聲部件，很大一部分采用鑄造方法成形，此類部件同樣存在減振降噪的需求。因此，研發(fā)鑄造Fe-Cr-Mo系高阻尼合金，用于鑄造成形部件的生產(chǎn)，是減振降噪技術(shù)的迫切需求，也是阻尼合金研發(fā)的重要發(fā)展方向。Fe-Cr-Mo系高阻尼合金微結(jié)構(gòu)為單一的鐵素體相，鐵素體本質(zhì)晶粒度大，凝固組織易產(chǎn)生粗大晶粒影響合金的力學(xué)性能，變形合金在塑性加工過程中使晶粒細(xì)化，提高了合金的強(qiáng)韌性，而鑄造合金沒有形變過程，無法改變凝固組織。并且鑄造合金在熱處理過程中不發(fā)生相變，很難通過熱處理調(diào)整合金的性能。另外，此類合金的鑄造性能較差，具體表現(xiàn)為液態(tài)金屬流動性較差，充型能力不好，易于卷氣、縮松。Fe-Cr-Mo三元合金鑄造合金試樣的阻尼性能與變形合金試樣的阻尼性能相當(dāng)，但力學(xué)性能比變形合金試樣低10%，難以達(dá)到結(jié)構(gòu)件對力學(xué)性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種同時(shí)具有良好的阻尼性能、力學(xué)性能、成形性能的鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于該合金含有15 17%Cr、2 3%Mo、(Tl%Mn、0 l%S1、l 2%N1、0. Γ . 5%Cu、0.1 1%Α1、0 0· 5%Β、0 0· 5%ν、0 1%ΝΙκ(Γ % 、(Γ0· 1%C,余量為Fe，上述百分比為質(zhì)量百分比。一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金的制備方法，其特征在于包括下述工藝步驟1、合金采用真空感應(yīng)爐熔煉，首先將70 82%Fe、15 17%Cr、2 3%Μο、(Γ 1%S1、I 2%N1、O.1 1%AL、(T0. 5%B、(T0. 5%V、(Tl%Nb、(T0. 1%C加入坩堝內(nèi)，爐料在坩堝中盡量保證緊密，爐料熔化前先抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度維持在較高水平，金屬液化清后，開始精煉，精煉溫度1600°C 1650°C，采用二次精煉進(jìn)一步提高金屬液純凈度，出爐前再加入易燒損元素(Γ %Μη、0. Γ . 5%Cu和(Tl%Ti，帶電澆注，澆注溫度1550°C。合金熱處理工藝為均勻化退火，退火工藝為1000°C保溫Ih后爐冷；上述百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明以Fe、Cr、Mo三種元素為鑄造合金的基礎(chǔ)成分，通過添加合金元素、微合金元素改善合金的鑄造性能、力學(xué)性能、阻尼性能。Fe-Cr-Mo系高阻尼合金屬于鐵磁型阻尼合金，起阻尼作用的主要是合金中的鐵素體相，雜質(zhì)元素、第二相等都會嚴(yán)重?fù)p害合金的阻尼性能。因此從阻尼性能角度設(shè)計(jì)，合金基體應(yīng)為單一鐵素體，但單一鐵素體相存在鑄造性能差，鑄造合金力學(xué)性能無法通過熱處理改善等問題。本發(fā)明為了使鑄造合金同時(shí)滿足高阻尼性能、力學(xué)性能及良好的成形性，采取以下措施 1、提高合金純凈度，減小損害合金阻尼性能和塑韌性的C、N、O等雜質(zhì)元素；
2、添加適量改善合金鑄造性能的Mn、Si等元素以改良合金的鑄造性能；
3、添加適量改善合金微結(jié)構(gòu)，如控制晶粒尺寸的N1、T1、Nb等元素以提高合金的力學(xué)性能和阻尼性能；添加改善合金鐵磁性能的Cu等元素以提高合金的阻尼性能。4、通過優(yōu)化熱處理工藝，控制升、降溫過程，消除鑄造應(yīng)力，并避免熱處理過程中脆性相的產(chǎn)生。有益效果
1、本發(fā)明所述合金屬于一種新型鑄造阻尼合金，彌補(bǔ)了Fe-Cr-Mo系阻尼合金在鑄造成形領(lǐng)域的空白；
2、本發(fā)明所述合金的鑄造性能明顯優(yōu)于Fe-Cr-Mo三元鑄造合金，通過對鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金樣品外觀及微結(jié)構(gòu)觀察，F(xiàn)e-Cr-Mo三元鑄造合金存在的卷氣、縮孔、縮松等鑄造缺陷得到明顯改善；
3、本發(fā)明所述合金的力學(xué)性能和阻尼性能均不低于Fe-16Cr-2.5Mo三元變形高阻尼合金；
4、本發(fā)明所述合金能滿足常規(guī)結(jié)構(gòu)件對力學(xué)性能的要求，且阻尼性能明顯優(yōu)于常規(guī)金屬材料，適用于減振降噪方面有迫切要求的鑄造成形部件的生產(chǎn)制造。本發(fā)明合金的內(nèi)耗GT1在TA-Q800型動態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)上測試，采用雙懸臂振動模式，振動頻率1Hz，測試環(huán)境溫度25°C，力學(xué)性能在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上測試。測試結(jié)果為合金的內(nèi)耗值Q4達(dá)到45X 10_3以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到460MPa，延伸率在20%以上。


圖1為Fe-Cr-Mo三元變形合金、Fe-Cr-Mo三元鑄造合金以及本發(fā)明鑄造Fe-Cr-Mo阻尼合金的阻尼-應(yīng)變振幅曲線。圖2為Fe-Cr-Mo三元變形合金、Fe-Cr-Mo三元鑄造合金以及本發(fā)明鑄造Fe-Cr-Mo阻尼合金的抗拉強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例一
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其成分為以質(zhì)量百分比計(jì)15-17% Cr、2_3%Mo、O.1-1%Μη、0· l_l%Si，余量為 Fe。實(shí)施例二
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其成分為以質(zhì)量百分比計(jì)15-17% Cr、2_3%Mo、
O.1-1%Μη、0· l-l%S1、0. 1-1. 5%Cu、0. l_l%Ae，余量為 Fe。實(shí)施例三
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于該合金成分，以質(zhì)量百分比計(jì)Cr含量為15. 79%, Mo含量為2. 30%, Mn含量為O. 51%, Si含量為O. 87%, Ni含量為1. 54%, Cu含量為 O.54%，C含量為O. 06%，F(xiàn)e余量。合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到430MPa，阻尼峰值可達(dá)到54X 10'實(shí)施例四
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其具體成分為以質(zhì)量百分比計(jì)Cr含量為16. 23%, Mo含量為2. 67%, Mn含量為O. 58%, Si含量為O. 79%, Ni含量為1. 22%, Cu含量為O. 26%, Nb含量為O. 44%，C含量為O. 07%, Fe余量。合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到460MPa，阻尼峰值可達(dá)到51 X IO^30
權(quán)利要求
1.一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于該合金含有15 17%Cr、2 3%Mo、0 l%Mn、(Tl%S1、l 2%N1、0.1 1. 5%Cu、0.1 1%A1、0 0. 5%B、0 0. 5%V、0 l%Nb、(Tl%T1、(TO. 1%C，余量為Fe，上述百分比為質(zhì)量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于成分為以質(zhì)量百分比計(jì)含有 15-17% Cr、2-3%Mo、0. l_l%Mn、0. l_l%Si，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于成分為以質(zhì)量百分比計(jì)含有 15-17% Cr、2-3%Mo、0. l_l%Mn、0. l_l%S1、0. 1-1. 5%Cu、0. l_l%Ae，余量為 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于成分為以質(zhì)量百分比計(jì)含有Cr含量為15. 79%, Mo含量為2. 30%, Mn含量為0. 51%, Si含量為0. 87%, Ni含量為1. 54%，Cu含量為0. 54%，C含量為0. 06%, Fe余量；合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到430MPa，阻尼峰值可達(dá)到54X10'
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特征在于其具體成分為以質(zhì)量百分比計(jì)Cr含量為16. 23%, Mo含量為2. 67%, Mn含量為0. 58%, Si含量為0. 79%,Ni含量為1. 22%，Cu含量為0. 26%，Nb含量為0. 44%，C含量為0. 07%, Fe余量；合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到460MPa，阻尼峰值可達(dá)到51 X 10'
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金的制備方法，其特征在于包括下述工藝步驟 合金采用真空感應(yīng)爐熔煉，首先將70 82%Fe、15 17%Cr、2 3%Mo、(Tl%S1、I 2%N1、，0.1 l%Ae、(T0. 5%B、(T0. 5%V、(Tl%Nb、(T0. 1%C加入坩堝內(nèi)，爐料在坩堝中盡量保證緊密，爐料熔化前先抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度維持在較高水平，金屬液化清后，開始精煉，精煉溫度1600°C 1650°C，采用二次精煉進(jìn)一步提高金屬液純凈度，出爐前再加入易燒損元素(Tl%Mn、0. r1. 5%Cu和(Tl%Ti，帶電澆注，澆注溫度1550°C ;合金熱處理工藝為均勻化退火，退火工藝為1000°C保溫Ih后爐冷；上述百分比為質(zhì)量百分比。
全文摘要
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其制備方法，該合金含有15~17%Cr、2~3%Mo、0~1%Mn、0~1%Si、1~2%Ni、0.1~1.5%Cu、0.1~1%Al、0~0.5%B、0~0.5%V、0~1%Nb、0~1%Ti、0~0.1%C，余量為Fe，上述百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明合金的力學(xué)性能和阻尼性能優(yōu)于已知Fe-Cr-Mo系變形阻尼合金，可廣泛應(yīng)用于存在振動和噪聲問題的機(jī)電產(chǎn)品，特別是機(jī)械設(shè)備的傳動、振動和沖擊件，可顯著提高機(jī)械設(shè)備的減振降噪能力。
文檔編號C22C38/44GK103014531SQ201210582860
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者于波, 高鵬, 王景成, 王勇, 苗治全, 齊笑冰, 趙芳欣, 劉世昌, 楊全占, 石堅(jiān) 申請人:沈陽鑄造研究所