En tillgänglig teknik för beredning av ny gjuten MnCuNiFeZnAl legering med överlägsen dämpning kapacitet och hög temperatur
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att få en roman Mn-Cu-baserade legering med utmärkt omfattande uppträdanden av en smältning teknik för hög kvalitet och rimliga värmebehandling metoder.
Abstract
Mangan (Mn) – koppar (Cu) – baserade legeringar har befunnits ha dämpning kapacitet och kan användas för att minska skadliga vibrationer och buller effektivt. M2052 (Mn-20Cu-5Ni-2Fe, %) är en viktig gren av Mn Cu-legeringar, som äger både utmärkt dämpning kapacitet och processbarhet. Under de senaste decennierna, massor av studier har genomförts på prestandaoptimering av M2052, att förbättra dämpningen kapacitet, mekaniska egenskaper, korrosionsbeständighet, och service temperatur, etc. de stora metoderna för prestanda optimering är legeringselement, värmebehandling, förbehandling och olika sätt att gjutning etc., bland vilka legeringselement, samt att anta en rimlig värmebehandling, är den enklaste och mest effektiva metoden att få perfekt och omfattande prestanda. För att få den M2052 legeringen med utmärkt prestanda för gjutning gjutning, föreslår vi att lägga till Zn och Al MnCuNiFe legering matrisen och använda en mängd värmebehandling metoder för en jämförelse i mikrostruktur, dämpning kapacitet och drifttemperaturer. Således, en ny typ av cast-åldern Mn-22.68Cu-1.89Ni-1.99Fe-1.70Zn-6.16Al (at.%) legering med överlägsen dämpning kapacitet och hög service temperatur erhålls genom en optimerad värmebehandlingsmetod. Jämfört med smide tekniken, cast gjutning är enklare och effektivare, och dämpningen kapaciteten för detta som gjuten aluminiumlegering är utmärkt. Därför finns det en lämplig anledning att tänka att det är ett bra val för tekniska tillämpningar.
Introduction
Eftersom de Mn-Cu-legeringarna hittades av Zener att ha dämpning kapacitet1, har de fått omfattande uppmärksamhet och forskning2. Fördelarna med Mn-Cu legering är att den har hög dämpning kapacitet, särskilt vid låg belastning amplituder och dess dämpning kapacitet inte kan störas av ett magnetfält, som är helt annorlunda från ferromagnetiska dämpning legeringar. Hög dämpning kapacitet av Mn Cu-legeringar kan främst hänföras till movabilityen av inre gränser, främst bland twin gränser och fas gränser, som genereras i den face-centered-cubic-to-face-centered-tetragonal ( f.c.c.-f.c.t.) fasövergång under martensit omvandling temperatur (Tt)3. Det har konstaterats att Tt beror direkt på Mn innehållet i Mn-Cu-baserade legering4,5; Det är, ju högre Mn innehåll, desto högre Tt och desto bättre vibrationsdämpning kapacitet av materialet. Legeringen, som innehåller mer än 80 på % mangan, befanns ha hög dämpning kapacitet och optimal styrka när kylda från fast-lösning temperatur6. Dock skulle högre Mn koncentrationen i legeringen direkt orsaka legeringen mer sprött och har en lägre töjning, inverkan seghet och en sämre korrosionsbeständighet, vilket betyder att legeringen inte uppfyller de tekniska kraven. Tidigare forskningsresultat avslöjade att en åldrande behandling under lämpliga betingelser är ett effektivt sätt att förena detta problem; till exempel, Mn-Cu-baserade dämpning legeringar som innehåller 50-80% Mn kan även få en hög Tt och gynnsamma dämpning kapacitet en åldrande behandling i lämplig temperatur intervall7. Detta beror på nedbrytning av den γ-överordnade fas i nanoskala Mn-rika och nanoskala Cu-rika regioner medan åldrande i temperaturintervallet blandbarhet lucka8,9,10, som anses förbättra Tt av denna legering tillsammans med dess dämpning kapacitet. Klart, det är en verkningsfull metod som kan kombinera hög dämpning kapacitet med utmärkt Arbetbarhet.
M2052 legering som används för smide bildar, en representant Mn-Cu-baserade hög-dämpning legering med medium Mn innehåll utvecklats av Kawahara o.a. 11, har studerats under de senaste decennierna. Forskarna fann att M2052 legering har en bra sweet spot mellan dämpning kapacitet, sträckgräns och användbarhet. Jämfört med tekniken som smide, gjutning har varit allmänt använt hittills på grund av den enkla gjutprocessen, låga produktionskostnader, och hög produktivitet, etc. de inflytelserika faktorerna (t.ex., det svängningen frekvens, stam amplitud, kylning hastighet, värmebehandling temperatur/tid, etc.) på dämpningen kapacitet, mikrostruktur och dämpning mekanism av M2052 legering har studerats av vissa forskare12,13,14,15 ,16,17,18. M2052 aluminiumlegering gjutning prestanda är dock sämre, exempelvis ett brett utbud av kristallisation temperaturen, förekomsten av gjutning porositet och koncentrerad krympning, som så småningom resulterar i den otillfredsställande mekaniskt egenskaper av gjutgods.
Syftet med denna uppsats är att förse industriområdet med en möjlig metod för att erhålla en gjuten Mn-Cu baserat legering med utmärkta egenskaper som kan användas i maskiner och i precision instrument industrin att minska vibrationer och säkerställa att produkten kvalitet. Enligt effekten av legeringselement på fasomvandling och gjutning prestanda, Al element anses minska den γ-fas regionen och stabiliteten i fasen γ , vilket kan göra fasen γ lättare förvandla till en γ‘ fas med mikro-tvillingar. Dessutom kommer lösningen av Al atomer i fasen γ öka styrkan i legeringen, som kan förbättra mekaniska egenskaper. Dessutom är Al element en av de viktiga faktorer som kan förbättra egenskaperna gjutning av Mn-Cu legering. Zn-elementet är fördelaktigt att förbättra gjutning och dämpning boenden i legeringen. Slutligen, 2 wt % Zn och 3 wt % Al lades till den MnCuNiFe quaternary legeringen i detta arbete och en ny gjuten Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (wt %) legering utvecklades. Dessutom flera olika värmebehandling metoder används i detta arbete och deras distinkta effekter diskuteras enligt följande. Homogenisering behandling användes för att minska dendrite segregering. Lösning behandling användes för orenheter immobilisering. Den åldrande behandlingen används för att utlösa spinodal nedbrytning; under tiden används de olika åldrande tidpunkter för sökande ut optimera parametrarna för både utmärkt dämpning kapacitet och en hög temperatur. I slutändan, en bättre värmebehandlingsmetod visades för överlägsen dämpning kapacitet, liksom en hög temperatur.
Det visar sig att den maximala inre friktionen (Q-1) och den högsta service-temperaturen kan uppnås samtidigt genom åldrande legeringen vid 435 ° C i 2 h. På grund av enkelheten och effektiviteten av denna förberedelse metod, kan en roman som gjuten Mn-Cu-baserade dämpning legering med utmärkt prestanda produceras, som är av viktig praktisk betydelse för dess engineering program. Denna metod är särskilt lämplig för beredning av gjutning Mn-Cu-baserade hög dämpning legering som kan användas för vibrationsreducering.
Protocol
Representative Results
Discussion
För att säkerställa att denna typ av som gjuten Mn-Cu-baserade legering besitter både överlägsen dämpning kapacitet och utmärkta mekaniska egenskaper, är det nödvändigt att säkerställa att gjutgods har en stabil kemisk sammansättning, en hög renhet och en utmärkt kristallstruktur. Därför behövs strikt kvalitetskontroll för smältning, hälla och värmebehandling processer.
För det första är det nödvändigt att välja rätt ingredienser för legeringen. Det bör övervä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi ger tack vare ekonomiskt stöd från den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (11076109), till Hong Kong Scholars-programmet (XJ2014045, G-YZ67), ”1000 talanger Plan” i Sichuan provinsen, den talang introduktion Program av Sichuan universitet ( YJ201410), och Innovation och kreativa Experiment Program av Sichuan universitet (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).
