En tilgjengelig teknikk for utarbeidelse av nye kastet MnCuNiFeZnAl aluminiumslegering med overlegen demping kapasitet og høy temperatur
Summary
Her presenterer vi en protokoll for å få en roman Mn-Cu-basert legering med utmerket omfattende forestillinger av en høy kvalitet smelteverk teknologi og rimelig varmebehandling metoder.
Abstract
Mangan (Mn) – kobber (Cu) – basert legeringer har blitt funnet for å ha demping kapasitet og kan brukes til å redusere skadelige vibrasjoner og støy effektivt. M2052 (Mn-20Cu-5Ni-2Fe, %) er en viktig gren av Mn-Cu-baserte legeringer, som har både god demping kapasitet og processability. I de siste tiårene, mange studier har vært gjennomført på ytelse optimalisering av M2052, bedre demping kapasitet, mekaniske egenskaper, korrosjonsbeskyttelse, og brukstemperatur, etc. metodene store ytelse optimalisering er alloying, varmebehandling, forbehandling og måter av molding etc., blant hvilke alloying, samt vedta en rimelig varmebehandling, er den enkleste og mest effektive metoden å få perfekt og omfattende ytelse. For å få M2052 legering med utmerket ytelse for støping molding, foreslår vi legge til Zn og Al MnCuNiFe legering matrix og bruke en rekke varme behandlingsmetoder for en sammenligning i mikrostruktur, demping kapasitet og brukstemperatur. Således, en ny type cast-alderen Mn-22.68Cu-1.89Ni-1.99Fe-1.70Zn-6.16Al (at.%) legering med overlegen demping kapasitet og høy brukstemperatur oppnås ved en optimalisert varmebehandling metode. Sammenlignet med smiing teknikken, kastet molding er enklere og mer effektiv, og demping kapasiteten på denne som-cast aluminiumslegering er utmerket. Det er derfor en egnet grunn til å tro at det er et godt valg for tekniske programmer.
Introduction
Siden Mn-Cu legeringer ble funnet av Zener har demping kapasitet1, har de fått utbredt oppmerksomhet og forskning2. Fordelene ved Mn-Cu legering er at den har høy demping kapasitet, spesielt ved lav belastning amplitudes og demping kapasiteten kan ikke bli forstyrret av et magnetisk felt, som er helt ulikt ferromagnetisk demping legeringer. Høy demping kapasitet Mn-Cu-baserte legeringer kan hovedsakelig tilskrives movability av interne grensene, hovedsakelig inkludert twin grenser og fase grenser, som genereres i face-centered-cubic-to-face-centered-tetragonal ( f.c.c.-f.c.t.) fase overgang under martensite transformasjon temperatur (Tt)3. Det har blitt funnet at Tt direkte avhenger Mn-innholdet i Mn-Cu-basert legering4,5; Det er, jo høyere Mn innhold, jo høyere Tt og bedre demping kapasitet av materialet. Legeringen, som inneholder mer enn 80 på % mangan, ble funnet for å ha demping bæreevne og optimal styrke når slukket solid-løsning temperatur6. Imidlertid ville høyere Mn konsentrasjonen i legering direkte forårsake legeringen mer sprø og har en lavere forlengelse, innvirkning seighet og en verre korrosjonsmotstand, som betyr legeringen ikke vil møte de tekniske kravene. Tidligere forskning funnene avslørte at en aldring behandling i riktig forhold er en effektiv måte å forsone dette problemet; for eksempel, Mn-Cu-baserte demping legeringer som inneholder 50-80% Mn kan også få en høy Tt og gunstige demping kapasitet ved et aldring behandling i riktig temperatur område7. Dette er nedbryting av γ-overordnede fase i nanoskala Mn-rike regioner og nanoskala Cu-rike områder mens aldring i temperaturområdet på blandbarhet gap8,9,10, som anses å forbedre Tt av denne legeringen sammen med demping kapasiteten. Det er åpenbart en effektive metoden som kan kombinere demping høykapasitets med utmerket workability.
M2052 legert brukes til forfalskning forming, en representant Mn-Cu-baserte høy-demping legering med middels Mn innhold utviklet av Kawahara et al. 11, har vært grundig studert i de siste tiårene. Forskerne fant at M2052 legering har en god sweet spot mellom demping kapasitet, ytelse styrke og workability. Sammenlignet med smiing teknikken, avstøpning har vært mye brukt så langt på grunn av enkel molding prosessen, lave produksjonskostnader, og høy produktivitet, etc. innflytelsesrike faktorer (f.eks, oscillation frekvens, belastning amplitude, kjøling hastighet, varmebehandling temperatur/tid, etc.) på demping kapasiteten, mikrostruktur og demping mekanisme M2052 legering har blitt studert av noen forskere12,13,14,15 ,16,17,18. Likevel er M2052 legering avstøpning ytelse dårligere, for eksempel en rekke krystallisering temperatur, forekomsten av støping porøsitet og konsentrert krymping, til slutt resulterer i utilfredsstillende mekaniske egenskaper av støpegods.
Formålet med utredningen er å gi feltet industrielle en mulig metode for å skaffe en støpt Mn-Cu basert legering med gode egenskaper som kan brukes i maskiner og presisjon instrumenter industrien å redusere vibrasjoner og sikre produktet kvalitet. Ifølge effekten av legeringselementer fase transformasjon og støping ytelsen, Al element anses å redusere γ-fase regionen og stabiliteten på γ fase, som kan gjøre den γ fasen lettere forvandle en γ‘ fase med mikro-tvillinger. Videre vil løsning av Al atomer i γ fase øke styrken av legeringen, som kan forbedre de mekaniske egenskapene. Også er Al element en av de viktige elementene som kan forbedre støping egenskaper av Mn-Cu legering. Zn er gunstig for å forbedre støping og demping egenskaper av legeringen. Til slutt, 2 wt % Zn og 3 wt % Al ble lagt til MnCuNiFe kvartær legeringen i dette arbeidet og en støpt Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (wt %) legering ble utviklet. Videre flere forskjellige varmebehandling metoder blir brukt i dette arbeidet, og deres forskjellige effekter er omtalt som følger. Homogenisering behandling ble brukt til å redusere dendrite raseskille. Løsning behandling ble brukt for urenheter immobilisering. Aldring behandling brukes for utløser spinodal nedbryting; Imens brukes de ulike aldring tidene for søker ut optimalisere parametrene for både god demping kapasitet og en høy brukstemperatur. Til slutt, en fordel varmebehandling metode ble vist for overlegen demping kapasitet, samt en høy brukstemperatur.
Det viser seg at maksimal intern friksjon (Q-1) og den høyeste brukstemperatur kan oppnås samtidig ved aldring legeringen ved 435 ° C i 2 timer. Enkelhet og effektivitet av denne forberedelse, kan en roman-å som-cast Mn-Cu-baserte demping-legering utmerket produseres, og som er viktig praktisk betydning for anvendelsen engineering. Denne metoden er spesielt egnet for utarbeidelse av casting Mn-Cu-baserte høy demping legering som kan brukes for vibrasjonsreduksjon.
Protocol
Representative Results
Discussion
For å sikre at denne typen som-cast Mn-Cu-basert legering har både overordnet demping kapasitet og gode mekaniske egenskaper, er det nødvendig å sikre at støpegods har en stabil kjemisk sammensetning, en høy renhetsgrad og en utmerket krystallstruktur. Streng kvalitetskontroll er derfor nødvendig for smelting, helle og varmebehandling prosesser.
Først er det nødvendig å velge riktig ingrediensene for legering. Det anses at ekstra legering elementene kan fremme nedbryting av γ</e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takke økonomisk støtte av den nasjonale Natural Science Foundation i Kina (11076109), den Hong Kong Scholars Program (XJ2014045, G-YZ67), “1000 talenter Plan” i Sichuan provinsen, Talent innføring Program av Sichuan University ( YJ201410), og innovasjon og kreative eksperiment Program av Sichuan University (20171060, 20170133).
Materials
| manganese | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | DJMnB | produced by electrolysis |
| copper | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | Cu-CATH-2 | produced by electrolysis |
| Nickel | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | Ni99.99 | produced by electrolysis |
| Iron | Ningbo Jiasheng Metal Materials Co., Ltd. | YT01 | industrial pure Fe |
| Zinc | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | 0# | produced by electrolysis |
| Aluminum | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | Al99.90 | produced by electrolysis |
References
- Zener, C. . Elasticity and anelasticity of metals. , (1948).
- Jensen, J. W., Walsh, D. F. Manganese-Copper damping alloys. Bulletin 624. , (1965).
- Wang, X. Y., Peng, W. Y., Zhang, J. H. Martensitic twins and antiferromagnetic domains in gamma-MnFe(Cu) alloy. Materials Science and Engineering A. 438, 194-197 (2006).
- Wang, X. Y., Zhang, J. H. Structure of twin boundaries in Mn-based shape memory alloy: a HRTEM study and the strain energy driving force. Acta Materialia. 55 (15), 5169-5176 (2007).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kawahara, K. Decomposition behavior of the gamma(Mn) solid solution in a Mn-20Cu-8Ni-2Fe (at%) alloy studied by a magnetic measurement. Materials Transactions,JIM. 40 (5), 451-454 (1999).
- Dean, R. S., Potter, E. V., Long, J. R. Properties of transitional structures in Copper-Manganese alloys. Metallurgical and Materials Transactions, ASM. 34, 465-500 (1945).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kawahara, K. Temperature dependent damping behavior in a Mn-18Cu-6Ni-2Fe alloy continuously cooled in different rates from the solid solution temperature. Scripta Materialia. 38 (9), 1314-1346 (1998).
- Findik, F. Improvements in spinodal alloys from past to present. Materials and Design. 42 (42), 131-146 (2012).
- Yan, J. Z., Li, N., Fu, X., Zhang, Y. The strengthening effect of spinodal decomposition and twinning structure in MnCu-based alloy. Materials Science and Engineering A. 618, 205-209 (2014).
- Soriano-Vargas, O., Avila-Davila, E. O., Lopez-Hirata, V. M., Cayetano-Castro, N., Gonzalez-Velazquez, J. L. Effect of spinodal decomposition on the mechanical behavior of Fe-Cr alloys. Materials Science and Engineering A. 527 (12), 2910-2914 (2010).
- Yin, F. X. Damping behavior characterization of the M2052 alloy aimed for practical application. Acta Metallurgica Sinica. 39 (11), 1139-1144 (2003).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kohji, K. Decomposition of high temperature gamma(Mn) phase during continuous cooling and resultant damping behavior in Mn74.8Cu19.2Ni4.0Fe2.0 and Mn72.4Cu20.0Ni5.6Fe2.0 alloys. Materials Transactions, JIM. 39 (8), 841-848 (1998).
- Sakaguchi, T., Yin, F. X. Holding temperature dependent variation of damping capacity in a MnCuNiFe damping alloy. Scripta Materialia. 54 (2), 241-246 (2006).
- Tanji, T., et al. Measurement of damping performance of M2052 alloy at cryogenic temperatures. Journal of Alloys and Compounds. 355 (1-2), 207-210 (2003).
- Yin, F. X., Iwasaki, S., Sakaguchi, T., Nagai, K. Susceptibility of damping behavior to the solidification condition in the as-cast M2052 high-damping alloy. Key Engineering Materials. 319, 67-72 (2006).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kawahara, K. Characterization of the strain-amplitude and frequency dependent damping capacity in the M2052 alloy. Materials Transactions, JIM. 42 (3), 385-388 (2001).
- Zhong, Z. Y., et al. Mn segregation dependence of damping capacity of as-cast M2052 alloy. Materials Science and Engineering A. 660, 97-101 (2016).
- Liu, W. B., et al. Novel cast-aged MnCuNiFeZnAl alloy with good damping capacity and high service temperature toward engineering application. Materials Design. 106, 45-50 (2016).
- Cowlam, N., Shamah, A. M. A diffraction study of y-Mn-Cu alloys. Journal of Physics F: Metal Physics. 11 (1), 27-43 (1981).
- Yan, J. Z., et al. Effect of pre-deformation and subsequent aging on the damping capacity of Mn-20 at.%Cu-5 at.%Ni-2 at.%Fe alloy. Advanced Engineering Materials. 17 (9), 1332-1337 (2015).
- Zhang, Y., Li, N., Yan, J. Z., Xie, J. W. Effect of the precipitated second phase during aging on the damping capacity degradation behavior of M2052 alloy. Advances in Materials Research. 873, 36-41 (2014).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kawahara, K. X-ray diffraction characterization of the decomposition behavior of gamma(Mn) phase in a Mn-30 at.% Cu alloy. Scripta Materialia. 40 (9), 993-998 (1999).
- Yin, F. X., Ohsawa, Y., Sato, A., Kawahara, K. Phase decomposition of the gamma phase in a Mn-30 at.% Cu alloy during aging. Acta Materialia. 48 (6), 1273-1282 (2000).
- Ritchie, I. G., Sprungmann, K. W., Sahoo, M. Internal-friction in Sonoston – a high damping Mn/Cu-based alloy for marine propeller applications. Journal De Physique. 46 (C-10), 409-412 (1985).
- Kawahara, K., Sakuma, N., Nishizaki, Y. Effect of Fourth Elements on Damping Capacity of Mn-20Cu-5Ni Alloy. Journal of the Japan Institute of Metals. 57 (9), 1097-1100 (1993).
