一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其製備方法

2023-06-04 07:00:46 3

專利名稱：一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鑄造Fe-Cr-M0高阻尼合金的力學性能、阻尼性能、鑄造性能的改善技術及合金製備技術，更準確說，涉及合金化、微合金化等技術手段改善合金的力學性能、阻尼性能及合金的鑄造性能，所說的合金及其鑄件力學性能達到Fe-16Cr-2. 5Mo三元變形高阻尼合金的水平，且具有更優良的阻尼性能。技術背景
現代科技的發展促進機械設備功率及運轉速度的快速提高，由此引發的振動和噪聲汙染，已經與大氣汙染、水汙染一起被視為當今世界的三大公害。在工業生產方面，振動和噪聲嚴重影響產品的質量、儀器儀表的精度以及機械設備的使用壽命。從人本角度，振動和噪聲汙染，不但破壞人類的生存環境，還嚴重危害人類的身心健康。因此，減振降噪，改善人機 工作環境，成為當今科研工作者的重要研究課題。常規的減振降噪措施如採用增加質量提高剛度，改進設計避免共振，增設阻尼減振器設備等不符合裝備小型化、輕量化的發展趨勢，並且無法滿足新型裝備對振動及噪聲的控制要求。採用具有減振降噪功能的阻尼合金製備振動部件能從振動根源直接降低設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系高阻尼合金由於同時具有良好的阻尼性能和力學性能，在國內外已獲得研究和應用。目前關於Fe-Cr-Mo系高阻尼合金的研究主要集中在變形合金上，未見關於鑄造Fe-Cr-Mo系高阻尼合金的研究及相關報導。而機械設備的振動發聲部件，很大一部分採用鑄造方法成形，此類部件同樣存在減振降噪的需求。因此，研發鑄造Fe-Cr-Mo系高阻尼合金，用於鑄造成形部件的生產，是減振降噪技術的迫切需求，也是阻尼合金研發的重要發展方向。Fe-Cr-Mo系高阻尼合金微結構為單一的鐵素體相，鐵素體本質晶粒度大，凝固組織易產生粗大晶粒影響合金的力學性能，變形合金在塑性加工過程中使晶粒細化，提高了合金的強韌性，而鑄造合金沒有形變過程，無法改變凝固組織。並且鑄造合金在熱處理過程中不發生相變，很難通過熱處理調整合金的性能。另外，此類合金的鑄造性能較差，具體表現為液態金屬流動性較差，充型能力不好，易於卷氣、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，但力學性能比變形合金試樣低10%，難以達到結構件對力學性能的要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種同時具有良好的阻尼性能、力學性能、成形性能的鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其製備方法。本發明的目的是通過下述技術方案實現的
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於該合金含有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,餘量為Fe，上述百分比為質量百分比。一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金的製備方法，其特徵在於包括下述工藝步驟1、合金採用真空感應爐熔煉，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，爐料在坩堝中儘量保證緊密，爐料熔化前先抽真空，使爐內真空度維持在較高水平，金屬液化清後，開始精煉，精煉溫度1600°C 1650°C，採用二次精煉進一步提高金屬液純淨度，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後爐冷；上述百分比為質量百分比。本發明以Fe、Cr、Mo三種元素為鑄造合金的基礎成分，通過添加合金元素、微合金元素改善合金的鑄造性能、力學性能、阻尼性能。Fe-Cr-Mo系高阻尼合金屬於鐵磁型阻尼合金，起阻尼作用的主要是合金中的鐵素體相，雜質元素、第二相等都會嚴重損害合金的阻尼性能。因此從阻尼性能角度設計，合金基體應為單一鐵素體，但單一鐵素體相存在鑄造性能差，鑄造合金力學性能無法通過熱處理改善等問題。本發明為了使鑄造合金同時滿足高阻尼性能、力學性能及良好的成形性，採取以下措施 1、提高合金純淨度，減小損害合金阻尼性能和塑韌性的C、N、O等雜質元素；
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構，如控制晶粒尺寸的N1、T1、Nb等元素以提高合金的力學性能和阻尼性能；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、通過優化熱處理工藝，控制升、降溫過程，消除鑄造應力，並避免熱處理過程中脆性相的產生。有益效果
1、本發明所述合金屬於一種新型鑄造阻尼合金，彌補了Fe-Cr-Mo系阻尼合金在鑄造成形領域的空白；
2、本發明所述合金的鑄造性能明顯優於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構觀察，Fe-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、本發明所述合金的力學性能和阻尼性能均不低於Fe-16Cr-2.5Mo三元變形高阻尼合金；
4、本發明所述合金能滿足常規結構件對力學性能的要求，且阻尼性能明顯優於常規金屬材料，適用於減振降噪方面有迫切要求的鑄造成形部件的生產製造。本發明合金的內耗GT1在TA-Q800型動態機械分析儀(DMA)上測試，採用雙懸臂振動模式，振動頻率1Hz，測試環境溫度25°C，力學性能在電子萬能試驗機上測試。測試結果為合金的內耗值Q4達到45X 10_3以上，抗拉強度達到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明鑄造Fe-Cr-Mo阻尼合金的阻尼-應變振幅曲線。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明鑄造Fe-Cr-Mo阻尼合金的抗拉強度。
具體實施例方式 實施例一
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其成分為以質量百分比計15-17% Cr、2_3%Mo、O.1-1%Μη、0· l_l%Si，餘量為 Fe。實施例二
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其成分為以質量百分比計15-17% Cr、2_3%Mo、
O.1-1%Μη、0· l-l%S1、0. 1-1. 5%Cu、0. l_l%Ae，餘量為 Fe。實施例三
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於該合金成分，以質量百分比計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%，Fe餘量。合金的抗拉強度可達到430MPa，阻尼峰值可達到54X 10'實施例四
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其具體成分為以質量百分比計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餘量。合金的抗拉強度可達到460MPa，阻尼峰值可達到51 X IO^30
權利要求
1.一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於該合金含有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，餘量為Fe，上述百分比為質量百分比。
2.根據權利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於成分為以質量百分比計含有 15-17% Cr、2-3%Mo、0. l_l%Mn、0. l_l%Si，餘量為 Fe。
3.根據權利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於成分為以質量百分比計含有 15-17% Cr、2-3%Mo、0. l_l%Mn、0. l_l%S1、0. 1-1. 5%Cu、0. l_l%Ae，餘量為 Fe。
4.根據權利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於成分為以質量百分比計含有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餘量；合金的抗拉強度可達到430MPa，阻尼峰值可達到54X10'
5.根據權利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金，其特徵在於其具體成分為以質量百分比計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餘量；合金的抗拉強度可達到460MPa，阻尼峰值可達到51 X 10'
6.根據權利要求1所述的一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金的製備方法，其特徵在於包括下述工藝步驟 合金採用真空感應爐熔煉，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，爐料在坩堝中儘量保證緊密，爐料熔化前先抽真空，使爐內真空度維持在較高水平，金屬液化清後，開始精煉，精煉溫度1600°C 1650°C，採用二次精煉進一步提高金屬液純淨度，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後爐冷；上述百分比為質量百分比。
全文摘要
一種鑄造Fe-Cr-Mo高阻尼合金及其製備方法，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，餘量為Fe，上述百分比為質量百分比。本發明合金的力學性能和阻尼性能優於已知Fe-Cr-Mo系變形阻尼合金，可廣泛應用於存在振動和噪聲問題的機電產品，特別是機械設備的傳動、振動和衝擊件，可顯著提高機械設備的減振降噪能力。
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 優先權日2012年12月28日
發明者于波, 高鵬, 王景成, 王勇, 苗治全, 齊笑冰, 趙芳欣, 劉世昌, 楊全佔, 石堅 申請人:瀋陽鑄造研究所