CN106756595B - 一种具备高导热特性的铁基高阻尼合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备高导热特性的铁基高阻尼合金及其制备方法，按重量百分比计，合金的组成为：Cr:6‑8%,Si:1‑2%,Al:4‑6%,Hf:1.5‑2.5%,Cu:4‑9%,B:1‑2%,Sn:2.5‑4.5%,Co:2‑3%,余量为Fe。本发明提供的具有高热导率的铁基高阻尼合金材料。该材料具有传统铁基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为540‑550MPa，弹性模量为80‑85GPa，屈服强度为240‑280MPa，延伸率为24‑32%，SDC=30‑34%。在保证现有变形用铁基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从60‑90W/m.K左右提高到了110‑150W/m.K，可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。

Description

一种具备高导热特性的铁基高阻尼合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种高阻尼合金。
背景技术
现代工业的发展日新月异，各类机械的数量和种类都朝着大功率和高速方向发展。但是机械在运行过程中产生的振动和噪音问题越来越突出，并引起了机械，交通，能源，通讯，电力等行业的广泛关注。振动和噪音不仅可以降低设备的使用寿命，还会对生态环境进行噪声污染，严重损害人民的身心健康。在交通，能源，通讯和电力等领域，控制振动和减少噪音已经成为亟待解决的工程问题。机械噪音的治理不仅是劳动保护和环境保护工作中的紧迫任务，也是提高机械产品质量的重要解决方案。减振降噪的最新发展趋势在源头处入手，将产生振动和噪音的部件用能够吸收振动并将振动的能量转换为热能的材料制成，就可以将机械振动控制在刚产生之后，达到减振降噪效果。传统的隔声和吸声等解决方案，增加装备的空间和重量。国际上近年来兴起的高阻尼减振合金除了具备足够的强度作为力学构件外，还可以通过其内在的高衰减特性进行有效的降噪和减振。因而在急需高减振和降噪的环境下应用越来越广泛，并成为国际上发达国家争相研究的目标。常见的高阻尼合金按照分类有：(1)铁基的高阻尼合金，代表类型为Fe-Cr-Al体系，Fe-Mn体系以及Fe-Si-Al体系等；（2）铝基高阻尼合金，代表类型为Al-Zn体系，Al-Mg体系和Al-Si体系等；（3）锰基高阻尼合金，代表体系为Mn-Cu,Mn-Fe和Mn-Ni等体系。相比而言，锰基阻尼合金具有最高的减振系数，可以达到42%，但是使用温度一般只能到80度左右。铝基高阻尼合金的阻尼系数比较低，性能是普通铝合金的10倍左右，但是密度较低(<3.5g/cm3)。铁基阻尼合金的阻尼系数一般达到25%左右，使用温度可以到300度，在高温环境下具有较高的减振性能。对于工作在机械发动机等高温环境下的阻尼合金而言，铁基高阻尼合金具有独特的优势。随着工业化的快速发展，机械发动机的功率也随着不断的提高。因而对于铁基高阻尼合金除了具备在高温下的足够的阻尼性能外，还必须具有优异的导热性能，从而可以将发动机产生的热量很快的传导到环境中去。在目前的减振降噪领域，设计并产业化具有高导热率的铁基阻尼合金是当前阻尼合金设计领域的一个热点。通过先进的合金化方案，不仅可以提高合金在发动机***使用的耐热度，还可以使得减振构件内由于更高的传热性能而使得温度大大降低。可以预计到，由于更加优异的热传导性能，铁基阻尼合金必将广泛应用于发动机基座等部件，起到减振降噪的作用。在不久的将来，随着减振降噪领域更多工程领域的拓展，具有高导热率的铁基高阻尼合金必将在更多的结构设计中得到广泛应用。
现有的铁基高阻尼合金在强度上完全能够满足发动机支架能承受温度范围内的力学性能要求，并能够经受大量级的振动和冲击载荷作用，产生非常明年的减振降噪效果。但是，作为发动机基座也必须具有高的传热性能使得发动机产生的热量能有效的传递到周围的环境中，以满足高功率发动机工作设计要求。目前国际上出现的铁基高阻尼合金有Fe-Mn体系，Fe-Cr-Al体系和Fe-Si体系，导热率都维持在60-90W/m.K左右。考虑到铁基高阻尼合金在高温极端环境下的行业需求，开发具有更高热导率并维持现有阻尼性能和力学性能的铁基合金是目前减振降噪行业急需解决的重要工程问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备高导热特性的铁基高阻尼合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铁基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的组成为：Cr: 6-8%, Si: 1-2%,Al: 4-6%, Hf: 1.5-2.5%, Cu: 4-9%, B: 1-2%, Sn: 2.5-4.5%, Co: 2-3%,余量为Fe。
上述铁基高阻尼合金的制备方法，包括如下步骤：将原料加入到真空感应电炉内，并采用氧化铝坩埚；感应加热到1700-1750℃，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在1700-1750℃保温10分钟浇铸到水冷铁模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供的具有高热导率的铸造用铁基高阻尼合金材料。该材料具有传统铁基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为540-550MPa，弹性模量为80-85GPa，屈服强度为240-280MPa，延伸率为24-32%，SDC=30-34%。在保证现有变形用铁基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从60-90W/m.K左右提高到了110-150W/m.K。可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。
（2）该变形合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低。在保证阻尼性能的同时，也使得合金的耐高温性能有了进一步提高，便于工业化大规模应用。
（3）本发明可用于制造在使用温度为300度以下，应变振幅低于2000微米的结构件，并具有极其显著的减振和散热效果。
具体实施方式
实施例1
一种铁基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cr: 6.5%, Si:1.2%, Al: 4.6%, Hf: 1.8%, Cu: 5.6%, B: 1.4%, Sn: 2.9%, Co: 2.1%,余量为Fe。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到真空感应电炉内并采用氧化铝坩埚，感应加热到1700℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1700℃浇铸到水冷铁模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1100℃，10小时后炉冷。在850-950度区间锻造成所需直径的棒材。之后在1100℃进行2小时的真空退火。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度542MPa，弹性模量为81GPa，屈服强度为253MPa，延伸率为26%，阻尼系数为SDC=32%，热导率为140W/m.K。
实施例2
一种铁基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cr: 7.2%, Si:1.9%, Al: 5.3%, Hf: 1.6%, Cu: 6.3%, B: 1.3%, Sn: 3.1%, Co: 2.6%,余量为Fe。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到真空感应电炉内并采用氧化铝坩埚，感应加热到1750℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1750℃浇铸到水冷铁模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1100℃，10小时后炉冷。在850-950℃区间锻造成所需直径的棒材。之后在1100℃进行2小时的真空退火。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度548MPa，弹性模量为84GPa，屈服强度为279MPa，延伸率为28%，阻尼系数为SDC=33%，热导率为135W/m.K。
实施例3
一种锰基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cr: 7.6%, Si:1.3%, Al: 5.1%, Hf: 2.3%, Cu: 4.9%, B: 1.6%, Sn: 2.8%, Co: 2.6%,余量为Fe。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到真空感应电炉内并采用氧化铝坩埚，感应加热到1720℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1720℃浇铸到水冷铁模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1100℃，10小时后炉冷。在850-950度区间锻造成所需直径的棒材。之后在1100℃进行2小时的真空退火。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度542MPa，弹性模量为81GPa，屈服强度为253MPa，延伸率为26%，阻尼系数为SDC=33%，热导率为128W/m.K。

Claims (2)

1.一种铁基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的组成为：Cr: 6-8%, Si: 1-2%, Al:4-6%, Hf: 1.5-2.5%, Cu: 4-9%, B: 1-2%, Sn: 2.5-4.5%, Co: 2-3%,余量为Fe。
2.权利要求1所述铁基高阻尼合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将原料加入到真空感应电炉内，并采用氧化铝坩埚；感应加热到1700-1750℃，形成合金熔 液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在1700-1750℃保温10分钟浇铸到水冷铁模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。
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