一種高韌性鑄造Fe-Cr-Mo基高阻尼合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于阻尼合金材料領域，具體涉及一種鑄造 Fe-Cr-Mo基阻尼合金及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 阻尼合金是一類可在一定的條件下通過吸收能量使其具有減振、降噪等阻尼效應 的合金。在噪聲振動控制技術當中，對于噪聲振動源頭的控制和隔振是一種積極有效的手 段，人們期待使用阻尼合金材料來加強對于噪聲振動源的控制和隔振。Fe-Cr-Mo基鐵磁性 阻尼合金具有較好的拉伸力學性能、優良的耐蝕性、高的阻尼特性、生產成本較其他阻尼合 金相對較低的特點，且其阻尼性能不受振動頻率的影響，在溫度高達400°C時仍具有較高的 阻尼性能。Fe-Cr-Mo系阻尼合金作為一種鐵素體不銹鋼，其微觀組織為單一的鐵素體相，在 熱處理冷卻過程中會發生σ相析出脆性轉變和475°C脆性轉變等問題。并且由于鐵素體的 體心立方結構，在正應力的作用下合金易沿著能量較低的{100}晶面發生解理斷裂。因此， Fe-Cr-Mo合金的沖擊韌性較低，斷裂形式也多為脆性解理斷裂。這極大限制了 Fe-Cr-Mo系 阻尼合金作為結構功能一體化材料的應用范圍。對于提高鐵素體不銹鋼韌性，目前通常采 用最大限度地控制C、N元素的含量的方法。但由于雜質元素的控制程度與熔煉工藝的發展 程度相關，受熔煉工藝影響較大，因此通過這樣的途徑提高鐵素體不銹鋼的韌性需要復雜 的工藝，成本很高，且對Fe-Cr-Mo基阻尼合金的韌性改善效果并不理想。目前還沒有一種 在不影響Fe-Cr-Mo基阻尼合金阻尼性能的前提下提高其韌性的方法。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種高韌性鑄造 Fe-Cr-M0基高阻 尼合金及其制備方法，以在不降低阻尼性能的前提下，大幅度提高Fe-Cr-Mo基阻尼合金的 韌性。
[0004] Fe-Cr-M0系高阻尼合金屬于鐵磁型阻尼合金，起阻尼作用的主要是合金中的鐵素 體相，經過鑄造成形后其晶粒十分粗大，晶粒尺寸有時超過了 lOOOum，晶界呈現單相平衡 的規則晶界。由于鐵素體相為體心立方結構，在沖擊應力的作用下，體心立方結構滑移系 較少，因此容易發生沿{100}晶面發生解理斷裂，而粗大的鑄造晶粒更加劇了脆斷的程度。 由于鑄造晶粒無法通過熱處理的方式改善，只能通過合金化的方式改變組織的形式進行改 善。本發明采用在合金中加入Zr的方法來解決上述問題，其原理如下：
[0005] Zr原子在鐵素體中溶解度極小，溶質分配系數k很高，是一種表面活性元素。在 鑄造結晶過程中Zr原子富集在固液界面液相一側，形成很大的成分過冷，因而形核細化晶 粒。同時，Zr與Fe原子形成了 Zr-Fe中間相Zr3Fe。Zr3Fe這種底心四方相析出在液相中， 在鑄造結晶過程中，它隨著固液相界不斷推進于晶界上，并呈現蠕蟲狀（見圖1)，阻礙晶界 推進。相比未加 Zr的Fe-Cr-Mo合金，本發明所述含Zr的Fe-Cr-Mo合金由于析出物阻礙 晶界推進而出現不規則晶界，也使得晶粒得以細化。Zr 3Fe析出物也出現在晶內，呈現球狀 (見圖2)。晶粒的細化有利于合金沖擊韌性的提高。另一方面，在受到沖擊載荷時，由于應 力作用于第二相（前述球狀Zr3Fe相）粒子界面處，第二相粒子界面處因減聚力或者粒子 的斷裂產生裂紋，在塑性形變的擴散作用下這些裂紋慢慢演變成球狀孔洞。斷裂孔洞優先 在第二相粒子處形成，孔洞隨著塑性變形的進行相互連接最終形成了韌窩，從而使合金的 斷口形貌為典型韌窩斷口，韌性很好（見圖3b)，而未加 Zr的Fe-Cr-Mo合金斷裂形式為典 型的鐵素體解理斷裂（見圖3a)，韌性較低。
[0006] 本發明所述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金，所含Zr的質量分數為0. 05~ 0· 8%〇
[0007] 上述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金，其組分及各組分的質量分數優選：Cr為 13 ~17%，Mo 為 1 ~4%，Si 為 0· 3 ~1. 5%，Mn 為 0· 3 ~1. 0%，Ni 為 0 ~2. 0%，Zr 為 0· 05~0· 8%，余量為Fe。
[0008] 上述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金，Ni的質量分數優選0. 5~2. 0%。
[0009] 本發明所述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的制備方法，按照本發明所述高 韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的組分及組分配比稱取原料，采用真空感應熔煉、澆注得 到合金鑄件，再對合金鑄件進行阻尼化熱處理即可，真空感應熔煉時Zr源在精煉末期于真 空條件下加入。
[0010] 上述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的制備方法，所述Zr源為海綿鋯、鋯鐵合 金和鋯鎳合金中的一種。
[0011] 上述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的制備方法，所述真空感應熔煉中精煉 是在1600~1650°C下精煉10~20min (視真空感應爐的容量而定，容量大時精煉時間取大 值）。
[0012] 上述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的制備方法，所述阻尼化熱處理是將合 金鑄件在1000°C~1050°C下保溫40~80min，保溫結束后隨爐冷卻至100°C以下取出即 可。
[0013] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0014] 1、本發明針對Fe-Cr-Mo基阻尼合金韌性低的問題提供了一種含Zr的高韌性 Fe-Cr-Mo基阻尼合金，為提高Fe-Cr-Mo基阻尼合金的韌性開創了一種可行有效且工藝簡 單的新方法。
[0015] 2、本發明通過在Fe-Cr-Mo基阻尼合金中添加微量Zr元素，大幅度提高Fe-Cr-Mo 基阻尼合金的韌性，另一方面，由于固溶的Zr原子和Fe原子之間的交換耦合作用，使得 磁疇壁的移動能力增加，阻尼性能也有一定的提高（見實施例1和對比例1)。因此本發 明能在不降低Fe-Cr-Mo合金阻尼性能的同時提高其韌性，得到一種高韌性高阻尼性能的 Fe-Cr-Mo基阻尼合金。
[0016] 3、本發明所述方法采用鑄造的方法制備Fe-Cr-Mo基阻尼合金，通過添加適量Si、 Mn元素改善了金屬流動性能，因而鑄造性能良好，對于復雜外形的鑄件也能方便制得，同時 也避免了采用鍛件焊接的方式獲得機械構件時，阻尼性能因焊縫的存在難以發揮減震降噪 作用的問題。
[0017] 4、本發明所述方法采用真空感應熔煉的方式進行熔煉，可提高合金的純凈度，C、N 等雜質元素含量很低，通過熱處理工藝消除鑄造應力，避免熱處理過程中脆性相的析出，降 低了合金發生σ相析出脆性和475°C脆性的可能。
【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1制備的高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的晶界析出相的SEM 圖。
[0019] 圖2為實施例1制備的高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金的晶內析出相（韌窩 孔洞內的析出相）的SEM圖。
[0020] 圖3為實施例1制備的高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金和對比例1制備的鑄 造 Fe-Cr-Mo基阻尼合金的斷口形貌圖（a為對比例1制備的鑄造 Fe-Cr-Mo基阻尼合金，b 為實施例1制備的高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金）。
[0021] 圖4為實施例1制備的高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金和對比例1制備的鑄 造 Fe-Cr-Mo基阻尼合金的阻尼性能隨應變振幅的變化曲線。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例對本發明所述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金及其制備方法 做進一步說明。
[0023] 實施例1
[0024] 本實施例所述高韌性鑄造 Fe-Cr-Mo基高阻尼合金，合金中各組分及組分的質量 百分含量如下：Cr 為 16%，Mo 為 2%，Si 為 0· 3%，Mn 為 L 0%，Ni 為 L 6%，Zr 為 0· 2%， 余量為Fe。
[0025] 制備方法：
[0026] (1)將按照合金組分配比稱取好的工業純鐵（C含量< 0. 006% )、結晶硅Si-U金 屬鉻JCr99-A、工業純鉬Mo-I、電解鎳Ni9996加入真空感應熔煉爐的坩堝中，在真空熔煉爐 中放置好鑄型，抽真空至〇. 3Pa后開始送電加熱，待金屬全部熔化