新型高性能 MnCuNiFeZnAl 合金的制备及高温性能研究

由于由齐纳发现的锰铜合金具有阻尼能力¹, 因此受到了广泛的关注和研究²。锰铜合金的优点是它具有很强的阻尼能力, 特别是在低应变振幅下, 其阻尼能力不能受到磁场的干扰, 这与铁磁阻尼合金有很大的不同。锰铜基合金的高阻尼能力主要归因于内部边界的可动性, 主要包括双边界和相边界, 这是在以面为中心的立方到面-四方中产生的 (f.c.c.-f.c.t.)马氏体转化温度下的相变 (t_t)³。研究发现, t_t直接依赖于锰铜基合金^4、5的锰含量;即锰含量越高, t_t越高, 材料的阻尼能力越好。该合金含 80 at% 锰, 在固溶温度⁶时, 被发现具有较高的阻尼能力和最佳强度。但是, 合金中锰的浓度越高, 合金的脆性越小, 伸长率越低, 冲击韧性越大, 耐腐蚀性越差, 这就意味着合金将无法满足工程要求。以往的研究结果显示, 在适当条件下进行时效处理是解决这一问题的有效方法;例如, 含有 50-80 at% 锰的锰铜基阻尼合金, 在适当的温度范围⁷内, 通过时效处理, 也能获得较高的 t_t和良好的阻尼能力。这是由于γ-母相分解为纳米富锰区和纳米富铜区域, 而在混溶间隙的温度范围^8,9,10,它被认为是改善这一合金的 t 及其阻尼能力。显然, 它是一种有效的方法, 可以结合高阻尼能力和优良的实用性。

M2052 合金用于锻造成形, 一种具有代表性的锰铜基高阻尼合金, 具有中锰含量的克伦等。¹¹, 在过去的几十年里得到了广泛的研究。研究人员发现, M2052 合金在阻尼能力、屈服强度和可加工性之间有很好的甜味点。与锻造技术相比, 铸件由于成型工艺简单、生产成本低、生产率高等特点而得到了广泛的应用. 影响因素 (如振荡频率、应变振幅、冷却速度、热处理温度/时间等) 研究了^{12、13、14、}15 M2052 合金的阻尼能力、显微组织和阻尼机理. ^,16,17,18。然而, M2052 合金的铸造性能较差, 例如, 结晶温度范围很广, 铸件孔隙度的发生, 集中收缩,最终导致机械铸件的性能。

本论文的目的是为工业领域提供一种可行的方法, 以获得具有优良性能的铸造锰铜基合金, 可用于机械和精密仪器行业, 减少振动, 确保产品质量。根据合金元素对相变和铸件性能的影响, 认为铝元素可以降低γ相区和γ相的稳定性, 从而使γ相更容易用微双胞胎变换成γ相。此外, 在γ相中, 铝原子的溶液可以提高合金的强度, 从而提高力学性能。铝元素是提高锰铜合金铸件性能的重要元素之一。锌元素有利于提高合金的铸造和阻尼性能。最后, 在 MnCuNiFe 季合金中加入了 2 wt% 锌和 3 wt% 铝, 研制了一种新型铸造 Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (wt%) 合金。在此基础上, 采用了几种不同的热处理方法, 并对其效果进行了讨论。均匀化处理用于减少枝晶分离。溶液处理被用来固定杂质。时效处理用于触发调幅分解;同时, 利用各种老化时间, 寻找优化的阻尼能力和较高的服务温度参数。最后, 采用优选的热处理方法, 筛选出优越的阻尼能力, 以及较高的服务温度。

结果表明, 最大内摩擦 (Q^-1) 和最高的服务温度可以同时通过老化的合金在435°c 2 h。由于这种制备方法的简便性和有效性, 提出了一种性能优良的铸态锰铜基阻尼合金, 对其工程应用具有重要的现实意义。该方法特别适用于铸造锰铜基高阻尼合金的制备, 可用于减振。