半固态固溶及时效对Mn-Cu合金组织和性能的影响

摘要

随着现代工业的飞速发展和科学技术的不断进步，控制振动和减少噪声成为各行各业高度重视和急需解决的问题，尤其是在航空航天、船舶、轨道交通和汽车等领域。Mn-Cu合金因为具有良好的阻尼及力学性能受到广泛的研究。目前，主要通过真空感应熔炼、退火、热锻/热轧，以及随后的固溶+时效工艺来制备具有良好阻尼性能和力学性能的Mn-Cu合金。近年来，相关研究指出，经适当的时效处理后，含枝晶偏析(特别是Mn的偏析)的铸态Mn-Cu合金比含均匀等轴晶的塑性加工态合金拥有更高的阻尼性能。然而，关于枝晶与枝晶间区域的面积百分数及其成分对Mn-Cu合金阻尼性能的影响的研究尚存不足。此外，铸态合金中的枝晶偏析不易控制。因此本文拟采用一种新型的方法制备由富Mn和贫Mnγ-MnCu相(类似于铸态合金中的枝晶和枝晶间的区域)构成的双相Mn-Cu合金。研究不同的双相结构对合金组织及性能的影响，对于开发新型高阻尼合金具有重要意义。本文的主要研究内容及结果如下：　　采用真空感应熔炼法制备Mn65-Cu23.75-Zn3-Al3-Ni3-Fe2-Ce0.05(at.%)合金。对该合金进行轧制处理，轧制温度400℃，压下量40%，轧制后在800℃退火5h。分别在850℃和950-1050℃对合金试样进行普通固溶及半固态固溶处理，随后在430℃时效0-16h。研究半固态固溶温度及时效时间对Mn-Cu合金微观组织、阻尼性能、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明经普通固溶处理后，铸态合金组织由典型的枝晶组成，而轧制态合金则由单一的γ-MnCu相构成。在950-1050℃下半固态固溶处理后，Mn-Cu合金组织由富Mn和贫Mn的γ-MnCu相构成。随着半固态固溶温度的升高，贫Mnγ-MnCu相的含量逐渐增加，富Mn和贫Mnγ-MnCu相中的Mn含量均呈现出缓慢增加的趋势。　　Mn-Cu合金阻尼性能随时效时间的延长呈现出先上升后下降趋势(S850、S950、S1000和S1050合金获得最优阻尼性能的时效时间分别为4、2、4和8h)，而随环境温度的增加则呈现出先缓慢下降后快速降低的趋势(S850、S950、S1000和S1050合金的拐点温度分别为0、0、25和50℃)。在最优时效条件下，较低的半固态固溶温度可提高合金的阻尼性能，而较高的半固态固溶温度则会降低其阻尼性能。随着半固态固溶温度的升高，合金相变温度逐渐增加(S850、S950、S1000和S1050合金的相变温度分别为70、75、90和100℃)，而其孪晶界激活焓则呈现出先降低后上升的趋势。　　普通固溶及半固态固溶合金的阻尼值随着人工时效时间的增加先下降后逐渐趋于稳定。在低应变振幅下，半固态固溶合金的阻尼衰减幅度均高于普通固溶合金，而在高应变振幅下，半固态固溶合金的阻尼衰减系数均低于普通固溶合金，且随着半固态固溶温度的升高，合金的阻尼衰减系数逐渐减小。　　和S850合金相比，S950合金的强塑积提高了约70%。但随着半固态固溶温度的增加，合金强塑积又有所下降(1050℃半固态固溶合金的强塑积甚至比850℃普通固溶合金的要低)。合金显微硬度随时效时间的延长呈现出先上升后下降趋势。在最优时效条件下，S950合金的显微硬度峰值与S850合金较为接近，随着半固态固溶温度的升高，合金的显微硬度峰值逐渐下降。随着时效时间的增加，普通固溶及半固态固溶合金的耐蚀性均呈现出先下降后上升的趋势。与普通固溶合金相比，半固态固溶合金的耐蚀性较差，且随着半固态固溶温度的增加，合金的耐蚀性逐渐降低。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 Mn-Cu合金的相变及孪晶阻尼机制

1.3.1 热处理对Mn-Cu合金阻尼性能的影响

1.3.2 合金化对Mn-Cu合金阻尼性能的影响

1.3.3 环境因素对Mn-Cu合金阻尼性能的影响

1.4 Mn-Cu合金的力学性能及其影响因素

1.5 制备方法对Mn-Cu合金组织及性能的影响

1.6 Mn-Cu合金的耐腐蚀性及其影响因素

1.7 论文的选题依据及研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 引言

2.2 Mn-Cu合金的制备

2.2.1 实验原材料及其预处理

2.2.2 真空感应熔炼

2.2.3 Mn-Cu合金的轧制加工

2.3 Mn-Cu合金的热处理

2.3.1 普通固溶及半固态固溶处理

2.3.2 时效处理

2.4.1 阻尼性能测试

2.4.2 力学性能测试

2.4.3 耐腐蚀性测试

2.5.1 光学金相观察

2.5.2 X射线衍射分析

2.5.3 扫描电子显微镜及能谱仪分析

2.5.4 透射电子显微镜分析

第3章 半固态固溶及时效对Mn-Cu合金阻尼性能的影响

3.1 引言

3.2.1 铸态Mn-Cu合金的组织及成分分析

3.2.2 铸态Mn-Cu合金的阻尼性能分析

3.3.1 轧制态Mn-Cu合金的组织及成分分析

3.3.2 轧制态Mn-Cu合金的阻尼性能分析

3.4 本章小结

第4章 Mn-Cu合金的阻尼衰减行为

4.1 引言

4.2.1 Mn-Cu合金的组织分析

4.2.2 Mn-Cu合金的阻尼性能分析

4.3 本章小结

第5章 半固态固溶及时效对Mn-Cu合金力学性能及耐腐蚀性的影响

5.1 引言

5.2 Mn-Cu合金的力学性能分析

5.2.1 半固态固溶及时效对Mn-Cu合金室温拉伸性能的影响

5.2.2 半固态固溶及时效对Mn-Cu合金显微硬度的影响

5.3 半固态固溶及时效对Mn-Cu合金耐腐蚀性的影响

5.4 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果