技術(shù)領(lǐng)域:

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及提出一種低合金阻尼鋼的成分，利用加入的合金元素，控制mn/s比在3.50～4.50之間，形成5～10％的mns第二相，并形成細(xì)小彌散的碳化物nbc，通過(guò)多種阻尼機(jī)制復(fù)合，形成一種以復(fù)相型為主的復(fù)合型阻尼合金。

背景技術(shù)：
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減少系統(tǒng)帶來(lái)的噪聲，即降低材料機(jī)械接觸時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，通常降低材料或結(jié)構(gòu)振動(dòng)的常用方法有三種：一是增加質(zhì)量提高剛性，將結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)得足夠龐大和堅(jiān)固，以降低振動(dòng)振幅，此法效果顯著但不適于小型化、輕量化和高速化；二是避免共振，巧妙設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件，以使它避開(kāi)共振條件，它適于振動(dòng)源是單一振動(dòng)頻率的場(chǎng)合；三是使振動(dòng)衰減的方法，利用減振材料(高阻尼材料)，并采取柔性設(shè)計(jì)，即振動(dòng)通過(guò)彈性能轉(zhuǎn)化為熱能而消失，此方法也是用于材料設(shè)計(jì)方面的方法，阻尼合金即采用此方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)阻尼機(jī)制的不同，阻尼合金可分為四大類(lèi)：即復(fù)相型阻尼合金、位錯(cuò)型阻尼合金、孿晶型阻尼合金和鐵磁性阻尼合金。還有些合金是同時(shí)通過(guò)上述四種機(jī)制中的兩種或兩種以上的機(jī)制消耗振動(dòng)能，通常我們把這類(lèi)合金叫做復(fù)合型阻尼合金。

目前研究的阻尼合金都屬于高合金含量，不論是冶煉還是后期的加工，都屬于較高成本和高加工難度，在應(yīng)用上存在一定的局限，但現(xiàn)在實(shí)際上有越來(lái)越多的應(yīng)用需求，不論是機(jī)器設(shè)備還是軌道交通上都有著復(fù)雜形態(tài)且具有減振性能的材料需求，因此在保證減振效果的前提下，開(kāi)發(fā)機(jī)械性能優(yōu)良，且冶煉加工成本低廉，易于進(jìn)行切削加工的阻尼材料是未來(lái)的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種具有良好阻尼性能、易于進(jìn)行加工、成本低廉的復(fù)合型低合金阻尼鋼。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼，在低錳合金中添加一定量s元素及少量nb元素。

本發(fā)明含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼，nb的加入量控制在0.01～0.06％，mn的含量在0.5～2.0％，s的含量在0.2～0.6％，si的含量在0.2％以下，并且保證mn/s比在3.50～4.50之間，fe余量。

所述含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼的制備方法，根據(jù)合金成分配比，加入適量的合金元素，溶解氧含量按0.005～0.007％控制，并使鋼中mn與s元素形成顆粒狀硫化錳夾雜物，采用真空感應(yīng)爐熔煉，經(jīng)過(guò)連鑄后采用適當(dāng)?shù)臒彳埞に嚫纳坪辖鹦阅?，使mns的含量控制在5％-10％，并細(xì)化彌散析出的nbc，提高強(qiáng)度及加工性能，增強(qiáng)阻尼性能。

所述含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼的熱軋工藝，連鑄坯在1200～1250℃下保溫4小時(shí)以上，開(kāi)軋溫度控制在1100～1150℃，精軋溫度控制在930～950℃，線材熱軋時(shí)吐絲溫度控制在900℃，水冷到630～680℃后空冷至室溫。

本發(fā)明是以復(fù)相型為主的復(fù)合型阻尼合金，材料組織主要是以鐵素體為主，在晶界處有較大尺寸的mns及滲碳體，形成區(qū)別基體鐵素體組織的第二相，晶粒內(nèi)存在較小尺寸mns，由于與基體組織不同，較于單相組織，存在更多的相界面及晶界面，在外力作用下發(fā)生彈性或塑性變形時(shí)，相界面及晶界面會(huì)成為吸收能量主要區(qū)域，更多的相界面及晶界面能吸收大量的振動(dòng)產(chǎn)生的能量，并且由于兩相組織的不同，極易在界面處形成點(diǎn)缺陷及線缺陷，這些缺陷之間的相互作用，能消耗大量的振動(dòng)能量，這些作用造成材料內(nèi)耗的增加。

本發(fā)明中添加了合金元素nb，形成彌散分布的nbc析出物，細(xì)化晶粒，并且碳化物尺度較小，增強(qiáng)了材料的位錯(cuò)內(nèi)耗。位錯(cuò)內(nèi)耗是由外應(yīng)力作用下的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所致，有兩種類(lèi)型：1)與振幅無(wú)關(guān)的共振型內(nèi)耗，由于雜質(zhì)原子在位錯(cuò)線上釘扎造成了位錯(cuò)線振動(dòng)成為內(nèi)耗源。位錯(cuò)不脫釘；2)與振幅有關(guān)的靜滯后型內(nèi)耗；位錯(cuò)已經(jīng)脫釘，但仍為位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所固結(jié)。nbc的細(xì)小彌散分布有利于材料的內(nèi)耗增加，加強(qiáng)本發(fā)明的阻尼性能。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)過(guò)硝酸酒精侵蝕后光學(xué)顯微鏡觀察的金相圖

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)過(guò)硝酸酒精侵蝕后電子顯微鏡觀察的sem圖像

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1加入合金元素nb后經(jīng)過(guò)透射電子顯微鏡觀察的tem圖像

具體實(shí)施方法：

以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施例僅用于解釋的目的，本發(fā)明保護(hù)范圍不限于本實(shí)施例，實(shí)施例的具體化學(xué)成分如下表1所示。

表1實(shí)施例與對(duì)比例化學(xué)成分表(wt％)

將上述實(shí)施例1的含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼和對(duì)比例的不含nb復(fù)合型低合金阻尼鋼加工為m12×φ5mm的拉伸試樣、1×10×55mm的內(nèi)耗測(cè)試試樣，測(cè)試結(jié)果如下表2所示。

表2實(shí)施例與對(duì)比例力學(xué)性能和內(nèi)耗

對(duì)比實(shí)施例1、2和對(duì)比例，在滿足mn/s比大于3.50但不大于4.50的基礎(chǔ)上，且除nb以外其他合金元素含量相當(dāng)，實(shí)施例對(duì)比于對(duì)比例多加入了nb元素，沒(méi)有加入nb元素的對(duì)比例抗拉強(qiáng)度達(dá)到580n/mm²，具有良好的伸長(zhǎng)率，內(nèi)耗達(dá)到3.10×10^-4，相對(duì)于一般低合金鋼具有較好的阻尼性能，實(shí)施例中加入適量nb元素后，形成彌散析出的nbc，測(cè)試結(jié)果表明，較沒(méi)有加入nb元素的對(duì)比例，內(nèi)耗分別達(dá)到7.42×10^-4和7.97×10^-4，具有更加優(yōu)良的阻尼性能。

上述發(fā)明實(shí)例結(jié)果表明，鋼中加入適量的mn、si、s等元素，并確保mn/s比大于3.50且小于4.50，有效的增加了晶界面積，在鐵素體基體、mns、滲碳體之間存在更多的相界面及晶界面，鐵素體相相對(duì)塑性好強(qiáng)度低，mns和滲碳體相對(duì)塑性差強(qiáng)度高，在外力作用下發(fā)生彈性或塑性變形時(shí)，相界面及晶界面會(huì)成為吸收能量主要區(qū)域，更多的相界面及晶界面能吸收大量的振動(dòng)產(chǎn)生的能量，并且由于兩相組織的不同，極易在界面處形成點(diǎn)缺陷及線缺陷，這些缺陷之間的相互作用，能消耗大量的振動(dòng)能量，這些作用造成材料內(nèi)耗的增加。再加入適量nb元素后，使晶粒細(xì)化，進(jìn)而增加了更多的相界面及晶界面，通過(guò)上述原理解釋，增加了內(nèi)耗，并且形成細(xì)小彌散的nbc，增加了對(duì)位錯(cuò)等的釘扎，增加了外力作用下位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)消耗的能量，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，機(jī)械能易于損耗在這些細(xì)小彌散的碳化物附近，增加了材料整體的阻尼性能。

此發(fā)明有著良好的機(jī)械性能，材料相組成及細(xì)小彌散的碳化物促使本發(fā)明阻尼鋼擁有優(yōu)良的阻尼性能，并且易于加工且制造生產(chǎn)成本低，可作為應(yīng)用范圍廣泛的降噪阻尼材料使用。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種含Nb復(fù)合型低合金阻尼鋼及其制備方法，屬于金屬材料材料領(lǐng)域。其化學(xué)成分的重量百分比為：≤0.15％的碳，≤0.2％的硅，0.5～2.0％的錳，0.2～0.6％的硫，0.01～0.06％的鈮，Mn/S比大于3.50，但不超過(guò)4.50，余為鐵和不可避免的微量的化學(xué)元素。優(yōu)點(diǎn)在于，相比于高阻尼合金，具有較少合金元素，大大降低了成本，加入的硫元素，使其具有易切削的性能，便于加工應(yīng)用，形成的彌散分布的硫化錳和滲碳體大尺度的第二相，以及細(xì)小彌散分布的小尺度的碳化鈮，通過(guò)各類(lèi)點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷的運(yùn)動(dòng)變化以及它們之間的相互作用，來(lái)提高材料的阻尼性能，達(dá)到很好的減振降噪效果。由于產(chǎn)品的優(yōu)良機(jī)械性能和阻尼性能，以及產(chǎn)品成本的低廉，且十分容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：王學(xué)敏;叢菁華;李秀程
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.07
技術(shù)公布日：2017.11.10