本发明涉及高阻尼合金的热处理技术领域,具体涉及一种fega基高阻尼合金的热处理方法。
背景技术:
近年来,fega基合金作为新一代磁致伸缩材料受到广泛了的关注,当磁致伸缩材料受到外加磁场和应力场作用时,内部磁畴会发生相应的旋转,在这个过程中能造成能量损耗,因而成为高阻尼性能的来源。传统fe基高阻尼材料如fecr基、feal基、femo基等合金主要通过高温保温并炉冷的方式,使晶粒尺寸长大,内应力减小,从而有利于磁畴的旋转和迁移,使合金的阻尼性能提升,例如fecr基合金,目前获得高阻尼性能的最优热处理方式为在1100℃保温1h,并炉冷。目前,fega基合金的热处理工艺主要集中在提升其磁致伸缩性能方面,并发现在1000℃保温1h,并淬火可以显著提高磁致伸缩性能。然而,不论是通过高温保温并炉冷的方式还是高温淬火的方式,都不能使fega基合金阻尼性能显著提升,并相比其他fe基合金也不具有明显的优势,相反的,在再结晶温度以上进行高温热处理导致了fega基合金的力学性能显著降低,限制了其应用范围。因此,在不损害力学性能(不发生再结晶)的前提下,从全新的角度来设计fega基合金的热处理工艺从而大幅提高其阻尼性能,对扩宽fega基合金的应用范围至关重要。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种fega基高阻尼合金的热处理方法,以解决现有热处理工艺无法使fega基合金阻尼性能显著提升的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供了一种fega基高阻尼合金的热处理方法,包括:
步骤一:通过冷热交替循环方式,将fega基合金材料冷热交替循环若干次后,在800℃保温1h及以上;或者,直接将fega基合金材料在800℃连续保温6h以上;将预处理温度控制在800℃,在不超过再结晶温度的情况下,可极大限度保证材料内部缺陷和内部内应力被消除;
步骤二:将步骤一处理后的材料缓慢冷却至短程有序相存在温区580-660℃,保温0.5h以上,以保证材料内部有序无序反应充分进行,后立即进行淬火处理;通过快速淬火可以使高温短程有序相尽可能多的保留,保证处理后的试样阻尼性能有质的提升。
所述步骤一的冷热交替循环以fega基合金材料加热至800℃然后再降温至室温为一个循环。
所述步骤一的升降温过程中,升温降温过程均以120℃/h的速率进行,可保证整个处理过程合金样品温度均匀。
所述步骤一的冷热交替循环方式中,升降温循环次数越多,材料内部内应力减小幅度越大,对应材料最后阻尼性能越好,但到5次循环后基本达到饱和,因此,所述升降温循环的次数优选为3-5次。
所述步骤一的连续保温处理过程中,800℃连续保温时间越长,材料内部内应力减小幅度越大,对应材料最后阻尼性能越好,但在此过程中需要注意防治晶粒的再结晶长大行为,因此,所述800℃连续保温时间优选为6h,可保证无再结晶长大行为的同时将材料内部内应力减小到理想状态。
所述步骤二中,缓慢冷却速率低于120℃/h的速率进行,冷却速率越慢,材料内部受热越均匀,有序无序反应越充分。
所述步骤二中,通过连续降温或者阶梯式降温的方式将温度降到短程有序相存在温区(580-660℃)。
所述步骤二中,淬火处理的方法为水淬处理或油淬处理。
本发明相比现有技术具有以下优点:
①阻尼高:通过该方法处理的合金试样,在低振幅范围内(20-120×10-6)、1hz的条件下,阻尼性能大幅提升:相比原始样,阻尼值提升1.5-3倍;相比传统热处理的fe基高阻尼材料阻尼值提升2-3.5倍;
②宽温域:阻尼值在-85℃-160℃保持稳定,基本不随温度而改变;相比其他非fe基高阻尼材料具有更宽的应用范围。
③整个热处理过程中,试样未发生再结晶,材料的力学性能没有下降。
④通过580℃进行淬火的fega基样品,其内耗值在振幅为30×10-6、1hz的条件下可达0.031。
附图说明
图1是基于本发明的实施例1热处理工艺示意图;
图2是基于本发明的实施例2热处理工艺示意图;
图3是基于本发明的实施例3热处理工艺示意图;
图4是通过本发明的淬火温度范围内淬火处理的fega合金与范围外淬火处理的内耗对比示意图;
图5是通过本发明方法处理的fega合金与未通过本发明方法处理的fega、及经典的fecral高阻尼材料低振幅下内耗的对比示意图;
图6是通过本发明方法处理的fega合金在-85-300℃内耗-温度曲线;
图7是通过本发明方法处理的fega合金与未通过本发明方法处理的fega合金屈服强度对比示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明,本实施方式在以本发明技术方案为前提下进行实施,但本专利的保护范围不限于下述的实施方式。
实施例1
本实施例提供了一种宽温域高阻尼fega基合金的热处理方法,如图1所示,包括以下步骤:
(1)预处理:将合金试样置于管式热处理炉中,在氩气的保护气氛下,以120℃/h的升温速率加热至800℃,保温1h,再以120℃/h降温速率随炉冷却至室温,共循环4次;
(2)加热处理:在管式热处理炉中,在ar气的保护气氛下,以120℃/h的升温速率加热至800℃,保温1h;
(3)炉冷处理:通过加热处理的合金样进行降温处理,降温速率为90℃/h,在降温的过程中分别在750℃、700℃、680℃、660℃、640℃处保温0.5h;
(4)淬火处理:通过在640℃处保温0.5h的样品迅速进行水淬处理,冷却至室温。
实施例2
本实施例提供了一种宽温域高阻尼fega基合金的热处理方法,如图2所示,包括以下步骤:
(1)预处理和加热处理:将合金试样置于管式热处理炉中,在氩气的保护气氛下,以120℃/h的升温速率加热至800℃,保温6h;
(2)炉冷处理:通过加热处理的合金样进行降温处理,降温速率为90℃/h,当温度降到620℃,保温1h;
(3)淬火处理:将在620℃处保温1h的样品迅速进行水淬处理,冷却至室温。
实施例3
本实施例提供了一种fega基高阻尼合金的热处理方法,如图3所示,包括以下步骤:
(1)预处理通过冷热交替循环方式,将fega基合金材料以120℃/h的速率先升温到800℃,保温1h后,再以120℃/h的速率随炉降至室温,如此一循环,共循环4次,以减小材料内应力;
(2)加热处理:在管式热处理炉中,在ar气的保护气氛下,以120℃/h的升温速率加热至800℃,保温1h;
(3)炉冷处理:通过加热处理的合金样以90℃/h的速率降温至450-750℃的某一温度,保温0.5h。
(4)淬火处理:将保温0.5h的样品迅速,立即进行油淬处理,冷却至室温。
对本实施例处理的材料进行阻尼性能的评估,其中:采用多功能倒扭摆内耗仪对不同处理方法下fega基合金试样阻尼性能表征进行测量;采用强迫振动模式对不同处理方法下fega基合金试样进行扭转变形;采用应力和应变传感器实时采集材料的加力和振动曲线;通过计算应力应变的振幅比值以及两者滞后角获得内耗值;通过内耗值得大小(q-1)对材料的阻尼性能进行评估;阻尼性能的评估主要集中在低振幅范围内(≤120×10-6)、1hz的情况下,通过比较内耗值大小来获得阻尼性能的大小,比阻尼本领p=2πq-1。
结果如图4-7所示,其中:
图4为不同淬火温度下fega合金材料的内耗对比示意图,图中可看出,在振幅为30×10-6、1hz的条件下,在淬火温度580-660℃范围内(短程有序相存在温区)进行淬火处理的试样的阻尼性能明显高于该温度范围两边的阻尼性能,其中,通过580℃进行淬火的fega基样品,其内耗值可达0.031。
图5为不同处理方式下fega合金材料低振幅下内耗的对比示意图,图中可看出,在低振幅范围内(20-120×10-6)、1hz的条件下,本发明处理的试样(淬火温度580℃,下同)相比原始样阻尼值提升1.5-3倍,相比传统热处理的fe基高阻尼材料阻尼值提升2-3.5倍;其中,在20×10-6、1hz的条件下,本发明处理的试样的阻尼性能分别是未通过本发明处理的fega、及经典的fe基高阻尼材料的2.25和4.5倍;
图6为本发明处理的的fega合金在-85-300℃内耗-温度曲线,图中可以看出,本发明处理的试样阻尼值在-85℃-160℃保持稳定,基本不随温度而改变;
图7为不同处理方式下fega合金材料屈服强度对比示意图,图中可看出,整个热处理过程中,试样未发生再结晶,材料的力学性能没有下降;
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。