[发明专利]一种提高高强度铁锰基阻尼合金阻尼性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻尼合金，具体涉及一种提高高强度铁锰基阻尼合金阻尼性能的方法。该方法能显著提高铁锰基阻尼合金的阻尼性能，尤其是其低应变振幅下的阻尼性能。

背景技术

阻尼合金能将机械振动能转化为热能而耗散于材料和环境中。因而采用阻尼合金材料设计制造各类振源构件，可以从根本上有效地减轻或防止噪声。现代国防、工业和交通运输业高速度和强动力的发展对阻尼合金不仅产生了迫切的需求，而且对性能也提出了更高要求：不仅要求合金具有高的阻尼性能，同时还要求具有高的机械性能。目前已开发并应用的传统阻尼合金如Fe-C-Si-Mn、Fe-Cr-Al、Mg-Zr、Ni-Ti和Mn-Cu合金的抗拉强度都达不到700MPa，只有新型的高强度铁锰基阻尼合金的抗拉强度大于700MPa。值得指出的是高强度铁锰基阻尼合金的阻尼性能虽然在高应变振幅下具有与Ni-Ti和Mn-Cu合金相当的阻尼性能，但在低应变振幅下的阻尼性能却远低于Ni-Ti和Mn-Cu合金。因此如何提高高强度铁锰基阻尼合金的阻尼性能，尤其是其低应变振幅下的阻尼性能，是其应用中亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种提高高强度铁锰基阻尼合金阻尼性能，尤其是其低应变振幅下阻尼性能的方法。

众所周知，低层错能的面心立方晶体除全位错容易分解为两个肖克莱不全位错外，在两个不全位错之间还存在一片堆垛层错区，这种缺陷组态即我们所说的扩展位错。无应力下，层错区的平衡宽度反比于层错能的大小。应力作用下，扩展位错可以滑移。合金的层错能越低，扩展位错越容易滑移。但是对于合金，为了降低系统的能量，在热力学平衡状态下，溶质原子容易偏聚在层错区，形成铃木气团，使得溶质原子在层错区的浓度高于基体的浓度。因此，扩展位错滑移时不仅需要两个不全位错的运动，而且还要求层错区原子的运动。由于层错区原子的运动显著落后于不全位错的运动，于是阻尼产生。

根据上述分析，我们提出高强度铁锰基阻尼合金的阻尼源为扩展位错，其阻尼机制是：在应力作用下，由于层错区原子的运动显著落后于扩展位错的运动进而导致了阻尼的产生。基于该阻尼源和阻尼机制，我们提出提高铁锰基阻尼合金阻尼性能的途径是：首先应降低合金的层错能，增加阻尼源，同时使扩展位错容易运动，减少扩展位错整体运动的阻力。晶体中的空位和位错缺陷将阻碍扩展位错的运动。此外，溶质原子在层错区富集而形成的铃木气团也将阻碍扩展位错的运动。为了减少甚至消除上述阻碍扩展位错运动的障碍，本发明的解决途径是先通过固溶处理大量消除制备过程中引入的位错；然后通过时效的方法消除固溶处理引入的空位，并利用铃木效应加强溶质原子在层错区的偏聚；最后通过室温变形使得扩展位错部分甚至全部脱离铃木气团，而溶质原子在低温下难以跟上扩展位错的运动，从而建立新的平衡。由于变形后层错区溶质原子的浓度与基体相同，所以扩展位错的运动反而变得容易了，因此铁锰基合金的阻尼性能得到显著提高。

本发明所述的高强度铁锰基阻尼合金中各元素的重量百分比含量为：Mn 15~23%，Co 0~3%，Si 0~1%，Cr 0~12%，Ti 0~1%，Mg 0~1%，C 0~0.1%，N 0~0.1%，余为Fe和不可避免的杂质，具体方法如下：先将铁锰基阻尼合金在800℃~1100℃固溶处理10分钟~2小时，然后在50℃~400℃时效处理10分钟~10小时，最后室温变形1%~10%。

为了让高强度铁锰基阻尼合金具有最佳的阻尼性能，本发明所述的铁锰基阻尼合金最好在950℃~1050℃固溶处理30分钟~1小时，然后最好在100℃~150℃时效处理1小时~2小时，最后最好室温变形4%~8%。

本发明具有如下优点：（1）能显著提高高强度铁锰基阻尼合金的阻尼性能，尤其是其在低应变振幅下的阻尼性能。（2）显著降低了高强度铁锰基阻尼合金的制备成本，推动其应用。在实际制备过程中，间隙原子C元素的引入是不可避免的，而C元素容易在层错区偏聚，阻碍扩展位错的运动，降低铁锰基阻尼合金的阻尼性能。如果我们通过显著降低C含量来提高铁锰阻尼合金的阻尼性能，将会大大增加合金的原材料和熔炼的成本，不利于合金的推广应用。而本发明则是先通过时效让C原子在层错区发生显著偏聚，然后通过变形将扩展位错脱离C的偏聚区，移动到C含量贫乏的区域，如此显著减弱了C原子对扩展位错运动的阻碍，进而显著提高铁锰基阻尼合金的阻尼性能。

附图说明