CN108559896A - 铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法 - Google Patents

铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，本发明合金材料化学元素质量百分比为：Cu：19‑21％，Ni：4.5‑5.5％，Fe：3‑4％，Al：0.01‑0.05％，RE：0.01‑0.05％，Ca：0.001‑0.01％。RE为Ce和La中的单一元素稀土或混合稀土，余量为Mn和其他不可避免的杂质。合金原料在真空感应熔炼炉内保护气氛下熔化，施加0‑5T横向强磁场，随后进行效热处理。本发明合金含量少，产品生产成本低，利用磁场磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能效果。本发明阻尼材料组织致密，性能优良且制造成本低。

Description

铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种阻尼合金及其制造方法，特别是涉及一种孪晶型MnCu基合金及其制造方法，应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料技术领域。
背景技术
振降噪技术的研究伴随着现代工业的发展而越发重要。采用阻尼合金来设计制造的各类振动源构件可有效地减轻振动的产生,从根本上降低振动和噪声所产生的危害。孪晶型MnCu基合金以其优良的阻尼性能吸引着中外学者进行了广泛的研究。在从高温向低温的冷却过程中，当γMnCu合金一旦发生顺磁→反铁磁的二级相变，就会伴随从面心立方到正方(γ→γ'，晶格常数c/a<1)的马氏体相变，在这一相变过程中产生的2/3马氏体变体是孪晶变体，这些孪晶马氏体在外力作用下的弛豫运动及再取向是MnCu基合金高阻尼的根源。迄今为止，商用阻尼合金已形成了Sonoston(Mn-37Cu-4A1-3Fe-2Ni,wt.％)、Incramute(Mn-58Cu-2Al,wt.％)、2310(Mn-39Cu-4Al-3Fe-2Ni-2Zn,wt.％)、ZMnD-1J(Mn-43Cu-5Zn-2Al,wt.％)及M2052(Mn-20Cu-5Ni-2Fe,at.％)等众多品种。
申请号为CN201310553896.1的专利文献公开了一种具有优良力学性能的高锰含量锰铜基高阻尼合金，通过在M2052合金的基础上添加高熔点金属和稀土元素，经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有优良的阻尼性能和力学性能。
申请号为CN201410192802.7的专利文献公开了一种高阻尼Mn-Cu基减振合金及其制备方法，该合金以添加Al、Zn和Th等合金元素为主要特点，同样经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有良好的减震性能。
然而，和锻造、轧制合金相比，铸造合金具有制造流程短、生产效率高、综合成本低、环境友好等无可比拟的优势，因此越来越引起人们的广泛关注，但现有的锰铜基阻尼合金添加的稀土元素材料较多，成本居高不下，对凝固组织的控制效果不够理想，所制备的锰铜基阻尼合金的阻尼性能还有很多提升的空间。
申请号为CN201210491359.4的专利文献公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，用以解决锰铜合金阻尼性能不稳定的技术问题，但由于该合金加入较多的稀土和碱土元素，合金制备过程复杂、成本过高。
申请号为CN201510401435.1的专利文献公开了一种高锰含量MnCuNiAlFe五元阻尼合金及其制备方法,该专利在MnCuNiFe的基础上添加Al、Ti、Si进行合金化，熔炼浇铸后进行高温固溶处理以达到低磁、降噪的目的，但是由于没有时效处理，阻尼性能较差。
申请号为CN201611099838.6的专利文献公开了一种具有高热导性锰基高阻尼合金及其制备方法，合金采用尖晶石坩埚铸造，由于合金品种较多，铸造性能较差，同时合金含量高，成本较高。
综上所述，MnCu基阻尼合金的铸造性能不好,结晶温度范围宽，容易出现疏松、集中缩孔等缺陷,因此机械性能不理想；而锻造MnCu合金组织均匀致密，强度较大，力学性能较铸造合金好，但制造过程综合成本较高。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，不含有或者贵重的合金元素，或者仅仅采用经济型的稀土元素，使得其不仅合金含量少，产品的生产成本低；同时，本发明利用磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果。因此，所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：19-21％；
Ni：4.5-5.5％；
Fe：3-4％；
Al：0.01-0.05％；
RE：0.01-0.05％；
Ca：0.001-0.01％；
余量为Mn和其他不可避免的杂质；
其中RE为Ce和La混合稀土，或者Ce或La的单一元素稀土。
作为本发明优选的技术方案，铸造高阻尼锰铜合金材料的化学元素质量百分配比为：Cu：20-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.03％，RE：0.02-0.05％，Ca：0.001-0.005％，余量为Mn和其他不可避免的杂质。
优选上述铸造高阻尼锰铜合金材料中Mn元素质量百分69.5-73.4wt.％。
优选铸造高阻尼锰铜合金材料的铸造高阻尼锰铜合金相组成均为γ+γ'。
优选铸造高阻尼锰铜合金材料阻尼性能Q-1≥1×10-2。
本发明上述铸造高阻尼锰铜合金的各化学元素的设计原理为：
Mn：作为主要合金元素其含量关系到调幅分解时富Mn相γ-Mn的数量和形态,直接影响相变温度以及阻尼性能的大小，在凝固过程中以非均匀形核核心首先析出，形成枝晶状富Mn区。Mn含量过高时，容易析出α-Mn，使得铸造性能变差同时合金变脆，过低时不能形成γ'相，阻尼性能较差；宜优选采用含量69.5-73.4wt.％。
Cu：和Mn一起形成固溶体，在凝固过程中在先析出的富Mn枝晶间富集形成富Cu区，为了使得在高温凝固过程中富Mn区和富Cu区都生成单一的γ-Mn，宜采用含量19-21wt.％。
Ni：完全固溶于Mn-Cu合金中，亦可和Mn形成γ相，可以增加合金的韧性和改善其熔铸性能，含量过高时磁性转变和马氏体相变分离，过低时磁场调控效果不明显，宜采用含量4.5-5.5wt.％。
Fe：在Mn-Cu合金中完全固溶于γ相中,不以第二相的形式析出,可提高MnCu合金的强韧性，Fe含量过高时，原子固溶引起的晶格畸变将阻碍孪晶的运动，过低时，磁场调控的效果不明显，宜采用含量3-4wt.％。
Al：具有脱氧作用且其有助于提高合金的韧性和加工性。当Al含量达到0.01wt.％以上时，其脱氧效果较为显著，但是当Al含量超过0.05wt.％时，熔炼浇铸难度显著增加。本发明基于此而将Al含量控制在0.01～0.05wt.％之间，宜采用含量0.01-0.05wt.％。
RE：本发明所使用的主要为经济型Ce+La混合稀土，或者Ce、La单一元素稀土。具有清洁剂作用,能净化晶界，消除杂质原子钉扎界面的作用,从而提高合金阻尼性能的稳定性，宜采用含量0.01-0.05wt.％。
Ca：能净化熔体，使夹杂物变性以控制硫化物分布形态，达到获得细小球形、弥散均布的硫化物的目的，宜采用含量0.001-0.01wt.％。
表1.本发明化学成分与现有成分的比较(wt％)
本发明特别设计了铸造高阻尼锰铜合金材料的成分，增加钙元素，采用经济型的***元素，使主要成分进行必要的简化，产品的生产成本低。
相应地，本发明的一种铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：19-21％；Ni：4.5-5.5％；Fe：3-4％；Al：0.01-0.05％；RE：0.01-0.05％；Ca：0.001-0.01％的比例称量原料，余量为Mn，其中RE为Ce和La混合稀土材料，或者Ce或La的单一元素稀土材料；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入惰性气体作为保护气体，对原料进行感应加热到1250-1350℃，并保温10-30min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；所述惰性气体优选采氩气，形成保护气体气氛；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，得到合金铸件；优选向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度不大于5T的磁场，合金液在磁场作用下凝固成相应的铸件，利用磁场的电磁搅拌作用促使夹杂物上浮，充分发挥Al、RE、Ca净化熔体的效果，改善缩孔和疏松，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；优选向合金熔体凝固界面前沿位置处施加的横向静磁场；在合金凝固过程中，优选通入惰性气体作为保护气体；所述惰性气体优选采氩气，形成保护气体气氛；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在惰性气体作为保护气体的真空热处理炉中，在420-450℃条件下保温1-3h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。所述惰性气体优选采氩气，形成保护气体气氛。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明通过控制阻尼合金的凝固过程来改变其阻尼性能，利用凝固枝晶组织的成分偏析在时效过程中促进了调幅分解，从而产生大量纳米尺度的锰偏析；本发明铸态合金的阻尼性能较商用锻造或轧制合金有较大的提高；
2.本发明根据凝固结晶动力学的影响与物质的磁性相关性原理，特别是根据Mn与Cu的磁性不同，磁场对其扩散影响的程度不一样的原理，从而利用磁场作为控制凝固过程，通过调控磁场对枝晶间的成分偏析产生影响；本发明通过磁场控制凝固过程制备的γMnCu基阻尼合金，有助于枝晶组织的成分偏析而使阻尼性能提高；
3.本发明不含有贵重的合金元素，并且，使得其不仅合金含量少，仅仅采用经济型的稀土元素，产品的生产成本低；同时，本发明利用强磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果；因此，所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低，能广泛应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料方面，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明实施例一未施加磁场的铸造高阻尼锰铜合金凝固组织图像效果图。
图2为本发明实施例二施加了磁场的铸造高阻尼锰铜合金凝固组织图像效果图。
图3为本发明实施例二在时效热处理后的铸造高阻尼锰铜合金的枝晶干富Mn区组织分解图像效果图。
图4为本发明实施例二在时效热处理后的铸造高阻尼锰铜合金的枝晶间富Cu区的组织分解图像效果图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一
在本实施例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：19％；
Ni：4.9％；
Fe：3.5％；
Al：0.05％；
La：0.01％；
Ca：0.01％；
余量为Mn。
一种本实施例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：19％；Ni：4.9％；Fe：3.5％；Al：0.05％；La：0.01％；Ca：0.01％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1250℃，并保温10min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，得到合金铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在420℃条件下保温3h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。参见表2，作为A1案例。本实施例制备的铸造高阻尼锰铜合金材料的微观照片如图1所示。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：20％；
Ni：4.5％；
Fe：3.0％；
Al：0.03％；
La：0.05％；
Ca：0.001％；
余量为Mn。
一种本实施例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：20％；Ni：4.5％；Fe：3.0％；Al：0.03％；La：0.05％；Ca：0.001％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1350℃，并保温20min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度为1T的横向强静磁场，控制横向强静磁场向合金熔体凝固界面前沿位置处施加，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在450℃条件下保温1h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。参见表2，作为A2案例。本实施例制备的铸造高阻尼锰铜合金材料的微观照片如图2-4所示。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：21％；
Ni：5.5％；
Fe：4.0％；
Al：0.01％；
La：0.02％；
Ca：0.005％；
余量为Mn。
一种本实施例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：21％；Ni：5.5％；Fe：4.0％；Al：0.01％；La：0.02％；Ca：0.005％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1300℃，并保温30min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度为5T的横向强静磁场，控制横向强静磁场向合金熔体凝固界面前沿位置处施加，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在430℃条件下保温2h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。参见表2，作为A3案例。
对比例一
在本对比例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，按M2052合金原子比配制的合金，其化学元素质量百分配比为：
Cu：22.4％；
Ni：5.2％；
Fe：4.0％；
余量为Mn。
一种本对比例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：22.4％；Ni：5.2％；Fe：2.0％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1350℃，并保温20min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，得到合金铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在430℃条件下保温2h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造阻尼锰铜合金材料的铸件。参见表2，作为B1案例，本对比例在合金凝固过程中未施加磁场。
对比例二
本独臂例与对比例一基本相同，特别之处在于：
在本对比例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，按M2052合金原子比配制的合金，其化学元素质量百分配比与对比例一相同。
一种本对比例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.本步骤与对比例一相同；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度为1T的横向强静磁场，控制横向强静磁场向合金熔体凝固界面前沿位置处施加，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；
c.本步骤与对比例一相同。参见表2，作为B2案例，本对比例在合金凝固过程中施加强度为1T的横向强静磁场。
实验测试分析：
对实施例一、实施例二、实施例三、对比例一和对比例二制备的铸造阻尼锰铜合金材料的铸件进行实验和测试分析。实施例一、实施例二、实施例三的铸造高阻尼锰铜合金为按本发明配制的合金，对比例B1-B2为按M2052合金原子比配制的合金，均采用与上述实施例方法基本相同的步骤制得，其中合金化学元素质量百分配比如表2所示，A1-A3对应本发明上述实施例一、实施例二和实施例三，B1-B2对应本案对比例一和对比例二的情况，合金余量为Mn和其他不可避免的杂质。
表2.本发明上述实施例和对比例制备的阻尼锰铜合金材料合金成分和制备过程参数对比
将上述合金原料放在坩埚中置于真空感应熔炼炉内熔化，期间通入氩气保护，感应加热到1250-1350℃保温10-30min,使得合金液体充分熔化后凝固；对熔化后的熔体施加0-5T的横向强静磁场，利用磁场的电磁力作用促使夹熔体杂物上浮，改善缩孔和疏松，合金溶液在磁场作用下凝固成相应的铸件；所获得的铸件在氩气保护的真空热处理炉中于420-450℃保温1-3h，然后随炉冷却至室温。
使用光学显微镜观察微观组织、使用扫描电子显微镜观察调幅分解组织、使用X射线衍射仪测定相组成和γ'的晶格畸变度，使用动态机械分析仪测定室温、1Hz以及2×10-4应变振幅下的阻尼性能。
实施例一、实施例二、实施例三、对比例一和对比例二中制备的阻尼锰铜合金材料的性能测试效果参见表3。
表3.本发明上述实施例和对比例制备的阻尼锰铜合金材料的性能参数对比
通过表1-3可知，实施例一和对比例一未施加磁场。采用本发明上述实施例的化学成分和热处理工艺，本发明实施例的铸造高阻尼锰铜合金相组成均为γ+γ'，而按M2052原子比配制的上述对比例，均含有不利于阻尼性能的α相。由于采用了本发明上述实施例的化学成分配比，在未施加磁场的情况下，实施例一制备的阻尼锰铜合金材料的阻尼性能已经优于施加磁场的对比例一，但是由于缺乏磁场力的搅拌作用，Al、RE等元素的脱氧产物不能充分上浮，从而成为夹杂存在于凝固组织中，见附图1；而在磁场的作用下，熔体得以净化，获得了组织致密的凝固组织，见附图2。在磁场作用下，由表3可见二次枝晶间距均明显变小，同时决定合金阻尼性能的γ'相的晶格畸变明显变大，意味着孪晶马氏体的含量明显增加，因此阻尼性能显著增大。在高倍下观察，见附图3和图4，时效热处理后，不仅在枝晶干富Mn区调幅分解出大量、弥散分布的更高含量的富Mn析出相,而且在枝晶间富Cu区也调幅分解出大量、弥散分布的富Mn析出相，这些显著增加的界面也非常有利于阻尼性能的提高。对比例一和对比例二由于化学成分偏离本发明的成分范围值，阻尼性能较低，相对于本发明，对比例一和对比例二制备的阻尼锰铜合金材料的技术效果较差。
本发明上述实施例制备的铸造高阻尼锰铜合金由不含有贵重的合金元素，使用少量的经济型稀土元素，使得其不仅合金含量少，产品的生产成本低。同时，本发明上述实施例二和实施例三利用强磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果。因此，本发明上述实施例获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低。因此，本发明上述实施例所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低，能广泛应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料方面，应用前景广泛。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：20％；
Ni：4.5％；
Fe：3.0％；
Al：0.03％；
Ce：0.05％；
Ca：0.001％；
余量为Mn。
一种本实施例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：20％；Ni：4.5％；Fe：3.0％；Al：0.03％；Ce：0.05％；Ca：0.001％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1350℃，并保温20min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度为1T的横向强静磁场，控制横向强静磁场向合金熔体凝固界面前沿位置处施加，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在450℃条件下保温1h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。相比实施例二，本实施例采用Ce元素代替La元素，Ce元素也为比较经济型的稀土元素，具有清洁剂作用,能净化晶界，消除杂质原子钉扎界面的作用,从而提高合金阻尼性能的稳定性。
本实施例通过控制阻尼合金的凝固过程来改变其阻尼性能，利用凝固枝晶组织的成分偏析在时效过程中促进了调幅分解，从而产生大量纳米尺度的锰偏析；本发明铸态合金的阻尼性能较商用锻造或轧制合金有较大的提高；本实施例不含有贵重的合金元素，并且，使得其不仅合金含量少，仅仅采用经济型的稀土元素，产品的生产成本低；同时，本实施例利用强磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果；因此，本实施例所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低，能广泛应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料方面，应用前景广泛。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其化学元素质量百分配比为：
Cu：20％；
Ni：4.5％；
Fe：3.0％；
Al：0.03％；
Ce：0.02％；
La：0.03％；
Ca：0.001％；
余量为Mn。
一种本实施例铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：20％；Ni：4.5％；Fe：3.0％；Al：0.03％；Ce：0.02％；La：0.03％；Ca：0.001％；余量为Mn；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入氩气作为保护气体，对原料进行感应加热到1350℃，并保温20min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，通入氩气作为保护气体，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度为1T的横向强静磁场，控制横向强静磁场向合金熔体凝固界面前沿位置处施加，使合金熔体在磁场作用下凝固成铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在氩气作为保护气体的真空热处理炉中，在450℃条件下保温1h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。相比实施例二，本实施例采用经济型Ce和La混合稀土代替La元素，优于Ce和La皆具有清洁剂作用,能净化晶界，消除杂质原子钉扎界面的作用,从而提高合金阻尼性能的稳定性。
此外，对于上述实施例五的经济型Ce和La混合稀土，还能通过Ce和La混合稀土中的不同稀土元素的混合配比调控，综合控制成本，并通过稀土Ce和La对阻尼合金在腐蚀环境中的缓蚀作用和合金稳定性的调控，提高阻尼合金的综合性能。
还有另外，对于上述实施例五的经济型Ce和La混合稀土，还根据Ce和La的熔点不同和成本的不同，通过调控Ce和La混合稀土中的不同稀土元素的混合配比，兼顾Ce和La的收率，降低本发明制备铸造高阻尼锰铜合金材料的成本。
本实施例通过控制阻尼合金的凝固过程来改变其阻尼性能，利用凝固枝晶组织的成分偏析在时效过程中促进了调幅分解，从而产生大量纳米尺度的锰偏析；本发明铸态合金的阻尼性能较商用锻造或轧制合金有较大的提高；本实施例不含有贵重的合金元素，并且，使得其不仅合金含量少，仅仅采用经济型的稀土元素，产品的生产成本低；同时，本实施例利用强磁场的磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织；利用磁场的热电磁对流效应促进夹杂物上浮，达到净化熔体提高阻尼性能的效果；因此，本实施例所获得的阻尼材料组织致密，性能优良而且制造成本低，能广泛应用于航空航天、汽车工业、海洋工程等方面的减震降噪和振动源构件材料方面，应用前景广泛。
上面结合说附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：
Cu：19-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.05％，RE：0.01-0.05％，Ca：0.001-0.01％，余量为Mn和其他不可避免的杂质；其中RE为Ce和La混合稀土，或者Ce或La的单一元素稀土。
2.根据权利要求1所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：其化学元素质量百分配比为：Cu：20-21％，Ni：4.5-5.5％，Fe：3-4％，Al：0.01-0.03％，RE：0.02-0.05％，Ca：0.001-0.005％，余量为Mn和其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：其中Mn元素质量百分69.5-73.4wt.％。
4.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：铸造高阻尼锰铜合金相组成均为γ+γ'。
5.根据权利要求1或2所述铸造高阻尼锰铜合金材料，其特征在于：所述铸造高阻尼锰铜合金材料阻尼性能Q-1≥1×10-2。
6.一种铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.合金熔炼：按照目标合金材料的元素质量百分配比为：Cu：19-21％；Ni：4.5-5.5％；Fe：3-4％；Al：0.01-0.05％；RE：0.01-0.05％；Ca：0.001-0.01％的比例称量原料，余量为Mn，其中RE为Ce和La混合稀土材料，或者Ce或La的单一元素稀土材料；将原料混合放在坩埚中，并置于真空感应熔炼炉内进行熔化，在合金熔炼过程中通入惰性气体作为保护气体，对原料进行感应加热到1250-1350℃，并保温10-30min，使得原料充分熔化，得到合金熔体；
b.合金凝固：将在所述步骤a中制备的合金熔体在坩埚中进行凝固，得到合金铸件；
c.时效热处理：所在所述步骤b中获得的合金铸件，在惰性气体作为保护气体的真空热处理炉中，在420-450℃条件下保温1-3h，然后随炉冷却至室温，从而得到铸造高阻尼锰铜合金材料的铸件。
7.根据权利要求6所述铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于：在所述步骤b中，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度不大于5T的磁场，合金熔体在磁场作用下凝固成铸件。
8.根据权利要求6所述铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于：在所述步骤b中，向合金熔体凝固界面前沿位置处施加的横向静磁场。
9.根据权利要求6所述铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于：在所述步骤b中，在合金凝固过程中，通入惰性气体作为保护气体。
10.根据权利要求6～9中的任意一项所述铸造高阻尼锰铜合金材料的制造方法，其特征在于：所述惰性气体采氩气，形成保护气体气氛。
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