一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高阻尼锰铜减振合金及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的快速发展，人们对各种机械设备、机电产品、仪器仪表等产生的振 动和噪声的危害日益重视。将减振合金直接应用在机械振动和噪声的振源部位，是一种行 之有效的减振降噪方法。在各类减振合金中，孪晶型锰铜减振合金由于具有高阻尼、高强 度、良好的韧性和加工性能而倍受关注。截止目前已经获得商业化应用的锰铜减振合金主 要有英国的Sonoston合金、前苏联的Abpopa合金、美国的Incramute合金、中国的2310合 金和日本的M2052合金等等。这些材料已在舰船螺旋桨、电力设备、机械设备和精密仪器仪 表上获得应用，取得十分良好的减振降噪效果。
[0003] 锰铜合金的单相奥氏体组织并不具备阻尼能力，要具有高阻尼性能，必须处于反 铁磁转变温度（TN)或马氏体相变温度（Ms)以下。但是，目前各类锰铜减振合金的最高使 用温度一般只能达到80°C，当超过此温度时，马氏体将逆转变为奥氏体组织，合金丧失阻尼 性能。另外，锰铜减振合金在室温长时间存放或使用，阻尼特性会发生延时衰减，当锰的质 量分数大于60 %时，虽然阻尼性能提高，但力学性能和加工性能变差。这些缺点极大限制了 锰铜减振合金的应用领域和适用范围。
[0004] 专利W02008/056785和文献（殷福星等.Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及 阻尼特性改善.物理学进展，26 (3))通过采用凝固过程控制结合时效热处理的技术手段对 高锰阻尼合金的阻尼性能进行改善，提高了具有阻尼特性的上限温度，但此技术方案是针 对铸态的锰铜合金。国内外文献中也有通过在高锰合金中直接添加A1元素来提高Ms从而 提高具有阻尼性能的温度上限，但效果有限，而且添加不当会导致阻尼性能下降。
[0005] 针对锰铜合金的缺点和现有技术的不足，本发明通过合理的成分设计、适当的热 处理工艺对高锰含量（Mn%> 60% )的可变形锰铜减振合金的阻尼特性进行改善，同时提 高强度和加工性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供具有较宽的使用温度范围兼具 有高阻尼特性和良好塑性加工性能的高阻尼合金及其制造方法。
[0007] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008]合金的化学成分（wt% )采用：Mn60. 00 ~75. 00，Ni2. 00 ~5. 00，A10. 50 ~3. 00， Fel. 50 ~2. 50,C彡 0? 01，Si彡 0? 10,P〈0. 020,S〈0. 020,N彡 0? 050, 0 彡 0? 010,余为Cu 及不可避免的杂质元素。
[0009] 其优选方案为：A1+Ni的总含量限制在5. 00~5. 50范围之内，同时添加Zr、Ti、 La、Ce、Y、Mm中的一种或几种，其总含量为0. 05~1. 00。
[0010] 在如上所述的合金成分中，Ni对马氏体相变有抑制作用，降低Ms，但能够提高阻 尼性能，而且对提高强度和加工性能有利，A1能够提高Ms，同时在一定含量范围内能提高 强度和阻尼性能，A1和Ni的协同添加、合理匹配，不仅能使合金具有高阻尼性能，而且能够 提高相变温度，从而提高使用温度上限。
[0011]Zr、Ti、La、Ce、Y、Mm等微量元素能够吸附杂质元素，净化晶界，减少或消除杂质 原子对界面的钉扎，提高界面的可动性，不仅能提高阻尼性能，而且能提高阻尼的室温稳定 性。这些微量元素可单独添加，也可同时添加几种元素，当含量低于0. 05时，不能发挥作 用，当含量大于1. 〇〇时，合金的加工性能恶化，因此其含量范围应限制在〇. 05~1. 00之 内。
[0012] 合金采用电炉冶炼，精炼温度为1200~1230°C，精炼时间不少于20min，出钢温度 为1200~1220°C。铸锭脱模冷却至室温后，在保护气氛或真空下加热至800~900°C、保 温8~10小时使其均匀化。
[0013] 对于高阻尼锰铜减振合金型材：均匀化退火后的铸锭经850±20°C加热，按所要 求的规格锻造出成品型材，终锻温度不低于700°C。
[0014] 对于高阻尼锰铜减振合金带材：均匀化退火后的铸锭经850±20°C加热，热加工 成冷带坯，依成品规格要求，分道次进行冷轧，冷轧变形率为30~60%，采用氢气保护连续 光亮退火炉进行中间软化退火，退火温度为900~950°C，走带速度2m/min~6m/min。
[0015] 上述型材和带材，经热处理后，其阻尼性能为：Q丄为0.035~0.055, 为 0? 020~0? 040,Q「,Vc为0? 010~0? 030 ;力学性能为：抗拉强度匕彡550MPa，屈服强度 RpQ.2彡250MPa，延伸率A彡25%，面缩率Z彡40%。热处理制度为：在氢气气氛中加热至 800~900°C，保温1小时，以不大于5°C/min的速度冷却至400~550°C，保温1~5小时， 以不大于5°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0016] 本发明的贡献在于：
[0017] 通过采用A1与Ni协同添加，辅以添加Zr、Ti、La、Cr、Y、Mm等微量元素、限制有害 杂质元素和合理的热处理工艺等技术手段，显著提高锰铜减振合金的使用温度，具有阻尼 特性的温度上限可达110°c以上，且保持高阻尼特性，阻尼室温稳定性好；通过铸锭的均匀 化退火，有效改善了高锰含量锰铜减振合金的热、冷加工性能，使合金能够加工成各种规格 的型材和带材。
[0018] 本发明合金与现有的各类锰铜减振合金相比，使用温度范围宽，强度高，塑性加工 性能优异，适合应用于航空航天、航海、核工业、汽车制造、电力电子设备、精密仪器仪表等 领域需要减振降噪的部位，应用的部位主要有：轴承、轴承座、齿轮、法兰端盖、基座、支架、 支撑底板、垫片等等，起到降低振动传递、减少噪声和提高结构部件使用寿命的目的。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，并与M2052合 (Cu22.4-Ni5. 1-Fel.97-Mn余，wt% )的成分和性能进行比较。M2052合金是日本国立材料 科学研究所（NationalInstituteforMaterialsScience，Japan)开发的一种阻尼合金，它 是在Mn-Cu合金的基础上通过添加适量的Ni和Fe来改善合金加工性能和力学性能，同时 具有高阻尼特性。本发明合金与M2052合金同为高锰含量可变形阻尼合金，但与M2052合 金相比，对Ni含量进行了调整，同时添加了适量的A1元素和Zr、Ti、稀土等微量元素，并辅 以适当的热处理工艺，不仅使合金的阻尼特性使用温度范围增加，而且具有高阻尼性能和 良好的力学性能。本发明的具体实施例如下：
[0020] 实施例1 :
[0021] 成分为Mn71. 17 %，Ni2. 23 %，A12. 68 %，Fe2. 27 %，C0. 005 %，SiO. 08 %， P0. 017%，SO. 0043%，NO. 030%，00. 006 %，余为Cu的合金，采用电炉冶炼，合金的精炼 温度为1220°C，精炼时间25min，出钢温度为1210°C，铸锭脱模冷却至室温后，在保护气 氛或真空下加热至850°C、保温9h使其均匀化，然后铸锭再经840°C加热，用锻压机锻成 8511111^85臟型材，终锻温度7501：。材料热处理制度：在氢气气氛中加热至8001：，保温111， 以5°C/min的速度冷却至400°C，保温4h，以3°C/min的速度冷却至室温出炉。
[0022] 实施例2 :
[0023]成分为Mn70. 03 %，Ni3. 88 %，All. 52 %，Fel. 99 %，C0. 006 %，SiO. 05 %， P0. 015%，SO. 0053%，NO. 034%，00. 009%，ZrO. 20%，TiO. 25%，MmO. 15%，余为Cu的合 金，采用电炉冶炼，合金的精炼温度为1220°C，精炼时间25min，出钢温度为1220°C。铸锭脱 模冷却至室温后，在保护气氛或真空下加热至850°C、保温10h使其均匀化，然后铸锭再经 855°C加热，用锻压机锻成90mmX90mm方坯，表面修磨后，再经860°C