专利名称：高阻尼内生复合钢板及其制造技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高阻尼复合钢板，特别是涉及到用传统的压力加工技术将传统铸铁改造成具有高强度和高塑性的高阻尼内生复合钢板，属于传统材料的技术改造领域。
背景技术：
灰口铸铁性质很脆，拉伸强度和塑性都很低，长期以来一直用铸造法成型，至今未见灰铁压力加工成型的研究和应用报道。球铁压力加工的研究和应用较多，但是，用球铁制造高阻尼内生复合钢板的研究应用也未见报道。
振动和噪音是发达社会面临的环境问题之一。如高速铁路、高速公路上车辆运行引起的振动和噪声更加剧烈，给司机和旅客带来不适，并且严重干扰沿线居民的正常生活，甚至影响沿线学校、科研院所、医院和行政机关等企事业单位的正常运行，并可引发一系列的身心健康问题。仅依靠传统阻尼材料难以解决这些问题，而新型阻尼材料的价格一般很高，仅适用于一些特殊场合。
物体的振动主要受下述三个因素的影响，即与势能有关的刚度，与动能有关的质量，和与能量消耗有关的阻尼。而刚度、质量及质量分布在构件设计已确定时，无法改变结构，特别是在宽频随机激励和脉冲激励等条件下，就只能采用增加构件和系统阻尼的方法来控制振动和噪声。但是，当代工业的发展趋势是尽可能采用整体加工工艺的构件，选用高强度材料来实现高速运行，这必导致系统的连接阻尼和构件的内部阻尼下降，使振动和噪音增大。为此，仅依靠传统阻尼材料难以解决这个问题，必须开发多种既具有高强度又具有高内阻尼的新材料，才能解决上述矛盾。亦即在给定的振动结构因子的前提下，提高构件材料的阻尼性能，增大固体结构传递途径的能量消耗和减小声辐射表面的振动响应特性等方法，来达到减振和降噪目的。而新型阻尼材料的价格一般很高，仅适用于一些特殊场合。
铸铁是价格最低的金属材料，特别是灰口铸铁，密度低，约为钢的80％，而阻尼性能却是一般钢材的6～10倍，但其拉伸强度和塑性都很低，只能铸造成型，这严重限制了灰口铸铁良好阻尼性能在减振降噪方面的工程应用。因此，如何提高灰铸铁的强度和塑性，在工程应用中取代阻尼低的传统钢材而更广泛发挥其减振降噪的作用，毫无疑问，具有非常重要的环保意义和工程价值。
发明内容
本发明提供的一组高阻尼内生复合钢板，以传统的灰口铸铁和球墨铸铁为原材料，经特殊的压力加工和热处理，将传统铸铁改造成高阻尼的内生复合钢板，并且其价格与一般钢材相当。
这组高阻尼内生复合钢板，其原材料为传统的灰口铸铁和球墨铸铁，经特殊的压力加工和热处理，使灰铁中随机取向分布的石墨片呈定向分布；使球铁中的球形石墨转变为定向分布的片状石墨；这组内生复合钢板的微观组织是由细小的、相互平行于板面的片状石墨与钢基体构成的内生复合组织，石墨片与基体晶粒因大塑性变形而细化，从而改善了强度和塑性，同时由于石墨/钢基体界面的增加而保持了良好的阻尼特性。
这组高阻尼内生复合钢板的制造方法是1)a.灰口铸铁液浇入钢筒，钢筒截面为矩形或圆形；b.球墨铸铁液可直接浇铸成锻坯或热轧板坯，可以不用钢筒；2)凝固后在650～1000℃锻压成板坯，再在650～1000℃热轧成中厚板，球墨铸铁可以不经锻压而直接进行热轧，石墨化退火后，也可进一步冷轧成薄板；3)轧后的石墨化退火须在真空炉或保护气氛炉中进行。
减振吸声的阻尼材料大致可分为金属阻尼材料、高分子阻尼材料无机非金属阻尼材料和金属/塑料/无机材料等形成的各种复合阻尼材料。高分子阻尼材料的使用温度低，而金属材料的阻尼特性不够理想，复合化可显著提高材料的阻尼特性，但是造价高，污染环境。铸铁，特别是灰口铸铁，其阻尼性能是球铁的两倍左右、达到一般钢材的6～10倍。但其拉伸强度和塑性都很低，难于用压力加工来制造零部件。导致灰铁强度和塑性低的主要原因是石墨片随机分布，因为石墨片软，相当于微裂纹，这些随机取向分布的石墨片使灰铁的塑性和韧性都很低，接近于零，这限制了灰铁良好阻尼性能的工程应用。本发明利用锻压和轧制，使灰铁和球铁的石墨细化，呈相互平行的定向分布，减轻了石墨对钢板基体的割裂作用。因此，铸铁经锻、轧制造的这种内生复合钢板的力学性能，在保持高阻尼特点的同时，显著高于灰铁母材，并且制造成本相当于一般钢材。球墨铸铁的石墨为球形，强度和塑性都很高，可以代替钢来制造零部件。但是球墨铸铁的阻尼性能远不如灰铁，本发明将其球状石墨变为定向分布的细小石墨片，因而提高了球铁的阻尼性能。
图1为灰口铸铁板经锻压和热轧而制备的高阻尼内生复合钢板的显微组织；图2为球墨铸铁经锻压和热轧制备的高阻尼内生复合钢板的显微组织。
具体实施例方式
实施例1将φ10×20的HT150灰口铸铁压装在钢筒中，在750～900℃热压缩，实现了80％的单道次相对压下量，没有发现边裂等缺陷。在一系列Gleeble热模拟实验的基础上，将HT150灰铁浇铸22×150×250mm矩形钢筒中，将HT250和HT300灰铁浇铸在φ100×300mm钢筒中，在750～900℃锻压成不同厚度的板坯，750～900℃热轧成厚度为5mm的热轧板，用这三种牌号灰铁制备的热轧板，其微观组织特证为与轧面平行的定向石墨片均匀分布在钢基体中，组织特征见图1，性能特征见表1。
实施例2将φ10×20的QT450-10球墨铸铁样品(没用钢筒)在750～900℃热压缩，实现了80％的单道次相对压下量，没有发现边裂等缺陷。在Gleeble热模拟实验的基础上，将Q450-10和QT400-15球铁浇铸成φ80×300mm试棒，在750～900℃锻压成不同厚度的板坯，750～900℃热轧成厚度为5mm的热轧板，这种热轧板的微观组织特证为母材中的球形石墨变为与轧面呈平行的定向石墨片均匀分布在钢基体中，组织特征见图2，性能特征见表2。
将实施例1和实施例2的热轧板在保护气氛炉中进行石墨化退火，得到定向石墨片均匀分布在铁素体基体中的高阻尼内生复合钢板。初步的冷轧实验表明，这种铁素体基的内生复合钢板可以进行冷轧来改善表面质量和调整板厚，石墨化退火后，其复合组织的特点与上述热轧的相同，性能也相近。
这种钢板将具有很广泛的用途。如车辆结构件、发动机零件、船舶结构件、通风机结构件，给、排水管道，日常生活用品等。
表1由灰口铸铁HT150制备的高阻尼内生复合钢板的性能
表2由球墨铸铁QT450-10制备的高阻尼内生复合钢板的性能
权利要求
1.一组高阻尼内生复合钢板，其特征在于以传统的灰口铸铁和球墨铸铁为原材料，经特殊的压力加工和热处理，使灰铁中随机取向分布的石墨片呈定向分布；使球铁中的球形石墨转变为定向分布的片状石墨；这组内生复合钢板的微观组织是由细小的、相互平行于板面的片状石墨与钢基体构成的内生复合组织。
2.制造权利要求1所述的高阻尼内生复合钢板的方法，其特征在于1)a.灰口铸铁液浇入钢筒，钢筒截面为矩形或圆形；b.铸铁液可直接浇铸成锻坯或热轧板坯，可以不用钢筒2)上述铸铁凝固后在650～1000℃锻压成板坯，再在650～1000℃热轧成中厚板；球墨铸铁可以不经锻压而直接进行热轧，石墨化退火后，也可进一步冷轧成薄板；3)轧后的石墨化退火须在真空炉或保护气氛炉中进行。
3.根据权利要求2所述的高阻尼内生复合钢板的制造方法，其特征在于灰口铸铁和球墨铸铁凝固后在750～900℃锻压成板坯，再在750～900℃热轧成中厚板。
全文摘要
本发明涉及一种新型钢铁材料及其制造方法。这种高阻尼内生复合钢板的原材料为铸铁。内生复合钢板的金相组织是由细小的、相互平行的片状石墨与钢基体构成的内生复合组织，其强度和塑性显著高于灰口铸铁母材而低于球墨铸铁母材，其阻尼性能略低于灰口铸铁母材而显著高于球墨铸铁母材。上述内生复合钢板的制造方法是将铸铁液浇铸到钢筒中，钢筒截面为矩形或圆形。球墨铸铁也可直接浇铸成锻坯，不用钢筒。铸造板坯凝固后在650～1000℃锻压成一定厚度的热轧板坯，再在650～1000℃热轧成中厚板，石墨化退火后也可进一步冷轧成薄板。轧后的石墨化退火须在真空中或保护气氛中进行。这种钢板可用于制造减振降噪的壳体，管道、容器和轴类等结构件。
文档编号C21D9/46GK1644718SQ200510007158
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者荆天辅, 高聿为, 乔桂英, 张忠, 赵新, 王威, 周继峰, 宋新宇 申请人:燕山大学