新しいキャスト MnCuNiFeZnAl 合金の優れた能力と高いサービス温度の減衰の準備のための利用可能な手法

要約

ここで小説の質の高い製錬技術と合理的な熱処理法による優れた包括的なパフォーマンスに Mn-Cu 系合金を取得するためのプロトコルを提案する.

要約

マンガン (Mn) - 銅 (Cu) - 基づく合金減衰能があることが判明し、有害な振動を低減し、ノイズを効果的に使用することができます。M2052 (Mn-20Cu-5Ni-2Fe、%) は優れた減衰性と加工性の両方を所有している Mn 銅系合金の重要なブランチ。近年、多くの研究がされている M2052、減衰能、機械的特性、耐腐食性、使用温度等の改善のパフォーマンスの最適化パフォーマンスの主な方法で実施最適化、合金、熱処理、前処理、およびさまざまな成形方法等、どの合金、だけでなく合理的な熱処理を採用、完全で包括的なを取得する最も簡単なと最も効果的な方法は、パフォーマンス。M2052 合金鋳造成形に優れた性を得るためには、MnCuNiFe 合金マトリックスに Zn と Al を追加し、さまざまな熱処理方法を使用して、組織、減衰能とサービス温度の比較のために提案します。したがって、優れた減衰能と高いサービス温度キャスト高齢者 Mn-22.68Cu-1.89Ni-1.99Fe-1.70Zn-6.16Al (at.%) 合金の新しいタイプは、最適化された熱処理法によって得られます。鍛造技術と比較して、キャスト成形は、簡単より効率的に、この鋳造合金の減衰能力に優れています。したがって、適切なエンジニア リング アプリケーションのための良い選択だと思う理由があります。

概要

Mn と Cu 合金は、減衰力¹を持っているツェナーで見つからなかった、広範な関心と研究²を受けています。Mn と Cu 合金の利点は、低ひずみ振幅で特に高減衰能とその減衰能は強磁性制振合金とは全く異なる磁気フィールドによって妨害されることはできません。Mn 銅基合金の高減衰能主に主に双晶境界と face-centered-cubic-to-face-centered-tetragonal (生成相の境界を含む、内部境界の可動に帰することができます。面心立方 f.c.t.)マルテン サイト変換温度 (T_t)³下の相転移。T_tが、Mn-Cu 系合金^4,5に mn に直接依存していることがわかったつまり、高く Mn コンテンツ、高く T_tや材料の減衰能が良い。% マンガンで 80 以上を含んだ合金高減衰能、⁶固溶温度から焼入れしたときの最適な強度を持っているが見つかりました。ただし、合金の高いマンガン濃度は、壊れやすく、伸びが低い、衝撃靭性、合金、エンジニア リングの要件を満たしていないことを意味悪い耐食性合金を直接原因となります。以前の研究成果は、適切な条件下での時効処理この問題を調整する効果的な方法であることを明らかに例えば、マンガン ・銅・ ベース 50-80% を含む合金の減衰 Mn も取得できます高 T_tと良好な減衰能の適切な温度範囲⁷高齢化処理による。これはγの分解によるもの-ナノスケール Mn に富んだ領域と混和性ギャップ^8,9,10の温度範囲で高齢化しながらナノスケール Cu に富む領域に親相その減衰能と共にこの合金の T_tを改善すると考えられています。明らかに、優れた加工性と高い減衰能を組み合わせることができる効果的な方法です。

M2052 合金形成、河原らによって開発中の mn の代表的なマンガン銅系高減衰合金鍛造用¹¹は、最後の数十年で幅広く研究されています。研究者は、M2052 合金が減衰能、降伏強さ、加工性の良いスイート スポットを発見します。鍛造技術と比較して、鋳造されている広く影響を及ぼす要因 (例えば、発振周波数、振幅ひずみ、冷却、シンプルな成形プロセス、低い生産コストと高生産性などのため、これまで使用速度、熱処理温度・時間等)減衰能、微細構造と M2052 合金の減衰機構をいくつか研究者^{12,13,14,15 を検討しています。 ,16,17,18}。結晶化温度の広い範囲、鋳造の気孔率および集中収縮,最終的に不十分な機械の出現、それにもかかわらずに M2052 合金鋳造性は例えば、劣っている、鋳物の特性。

本稿の目的は Mn 銅ベース合金振動を削減し、製品を確保する機械および精密機器業界で使用できる特性に優れたキャストを得る実現可能な方法を産業界に提供するには品質。相転移とキャスティング性能に及ぼす合金元素の効果によると Al の要素はγを削減すると考え-相領域とγ相をより簡単に作ることができるγ相の安定性変換γ' 相マイクロ双子を。また、 γ相の Al 原子のソリューションは、機械的性質を向上させることができる合金の強度を向上します。また、Al の要素は Mn と Cu 合金の鋳造特性を向上させることが重要な要素の一つです。亜鉛の要素は、鋳造合金の減衰特性を高めに有益です。最後に、2 wt % Zn 3 wt % アルに追加したこの作品は、新たなキャストで MnCuNiFe 第四紀合金 Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (wt %) の合金が開発されました。さらに、この作業で使用するいくつかの異なる熱処理方法と明確な効果は次のように説明しました。均質化処理は、樹状突起の偏析を減らすために使用されました。固溶化熱処理は不純物固定化のために使用されました。時効処理はスピノーダル分解; をトリガーに使用されます。一方、様々 な高齢化時代、優れた制振能力の高いサービス温度最適化パラメーターを探し出すために使用されます。最終的には、望ましい熱処理法は、優れた減衰能と高いサービス温度のため上映されました。

それが判明したことは最大の内部摩擦 (Q^-1) と最高使用温度は 2 h 435 ° C で合金を高齢化が同時に実現できます。シンプルさと本調製法の効率のための工学応用に重要な実用的な意義のある、新規キャストとして Mn 銅系制振合金優れた性能を持つは作り出すことができます。このメソッドは、特に振動低減のため使用することができます Mn 銅系高減衰合金を鋳造の準備に適しています。

プロトコル

1 原材料の準備

1. 電子スケールとすべての必要な原料材料の質量割合で重量を量る (65% 電解マンガン電解銅、2% 26% 工業用純鉄, 2% 3% 電解 Ni 電解アルと 2% 電解亜鉛)図 1に示すように。
   注: これらのすべての原料が市販。

図 1: 原料のプレゼンテーションします。使用材料を含む 65 wt % 電解 Mn, 26 wt % 電解銅、2 wt % 工業用純鉄, 2 wt % 電解 Ni、2 wt %3 wt % と電解亜鉛電解らこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

2. 溶解・鋳造プロセス

注: 砂型鋳造の詳細な手順については図 2のとおりです。

図 2: 砂の鋳造および成形の手順を実行します。メインのプロセスでは、パターン作成、金型、および鋳造操作も含まれています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

1. パターンを準備するには、図面、製品ごとにパターンを作るし、ある程度収縮と加工手当をあてにするパターンのサイズが展開されているかどうかを確認します。
   注: この作業で使用するパターンの素材は木 (図 3) 木製パターン光、動作するように簡単ですので、低コスト ・短い生産サイクルがあります。

図 3: 鋳造鋳型に用いるパターンです。これらの木のパターンは、鋳物の形状を得るために使用されました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

2. 成形砂をミックスと準備する一緒に石英砂ケイ酸ナトリウム 4%-8%。
   注: 砂の直径は約 0.4 mm と粒子が均一。
3. 手によって主な成形プロセスを完了します。
   1. まず、成形フラスコ内で 2 つのパターンを置きます。
   2. 突進の回避パターン成形砂後フラスコを転がして、砂からパターンを撤回します。
   3. 最後に、鋳造鋳造の表面品質を改善し、鋳造欠陥を削減のコーティングと砂型の表面を磨きます。
      注: 砂型成形は、図 4に示すです。
   4. 乾燥型砂を得るためには、180 ° C のオーブンで金型を入れ、8 時間以上その強度と透水性を高め、充填、溶解を容易にする、鋳造品の品質保証のためにキャストする前に焼きます。

図 4: 成形砂型。2 つの空洞があり、その表面は、コーティングで覆われています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

3. 溶融の誘導

注: は、中周波真空誘導溶解炉を使用します。

1. 炉蓋を開き引き続いて、坩堝で mn 20.8 kg、Cu の 8.32 kg、ni 0.64 kg、Fe の 0.64 kg、zn、0.64 kg 0.96 Al 材料 kg を入れて最後に氷晶石と材料をカバーします。
2. 鋳造鋳型をオーブンから取り出すし、炉に入れてください成功した注入のための位置を調整します。蓋を閉じて真空炉、合金の溶解を開始する熱分布システムを開き、します。
3. 金属を溶融する開始、溶融金属の飛散を抑制する 93 KPa 負圧アルゴンで炉を埋めます。
4. 合金が溶けてしまった後は、有害な不純物を減らすし、ガスのコンテンツには数分のためにそれを絞り込みます。
   注: 溶解手順は、多くの場合、製錬・精製業に含まれます。

4. 鋳造合金

1. 精錬後溶融金属を鋳型にスムーズに注ぐ。
2. 溶融金属が完全に固化後、真空を破るし、鋳造金型を取り出します。
3. 金型の温度が低レベルまで低下したとき、鋳型から鋳物を削除します。

5. 鋳物の前処理

注: 成形品の macrophotograph は、図 5に示すです。

1. 直線切削機を用いた鋳造から標本をカットします。
   注: x 線回折 (XRD) 測定と金属組織観察用試料は、1 mm³x 10 x 10 です。動的熱機械分析 (DMA) の標本は、35 mm³× 10 × 0.8 のディメンションを持っています。

図 5: 砂型で削除された部分の成形部品。2 つの鋳物を同時成形しました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

6 熱処理

1. 洗練された標本を 7 つのグループに分割し、標本 #1 治療の比較のためのキャストとして状態を維持しておきます。異なる熱処理のボックス型抵抗オーブンで他の人を置きます。
2. #2 および 24 h 850 ° C で #5 の標本を均質化し、その後、435 ° C、標本 #2 4 h と 2 h の 5 号試験片でそれらを高齢化する前に冷たい水で急冷します。
3. ソリューション御馳走標本 #3 #6 を 1 h 900 ° C でそして、その後、それらを体 #6 2 h、4 h の標本 #3 435 ° C で高齢化する前に冷たい水で急冷します。
4. 4 h と 2 h の標本 #4 と 435 ° c #7 をそれぞれ年齢します。

7. 減衰力試験

1. 動的機械分析 (DMA) を使用して、標本¹⁷の減衰能力を測定します。
   注: テスト モードは室温で歪掃引です。
2. テスト中 (図 6に示すように)、ひずみと応力の位相角 δ を検出します。
3. 減衰能を特徴付ける Q で^-1、次の式によって決定することができます。
   Q^-1 = tan δ

図 6: 据付け工事と DMA テスト原理。(a) このパネルは、DMA の二重片持ちの据え付け品を示しています。(b) このパネルは、ひずみと結果として生じる位相差を正弦波応力の関係を示しています。応力、ひずみと弾性率、間の遅延の値は、式によって計算できます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

8. サンプル評価

1. 電解研磨と金属組織観察
   1. 樹状突起の微細構造観察のためには、1:27 で過塩素酸と無水アルコールの混合液で約 1 分のすべての標本をエッチングします。
   2. その後、アセトンで標本をきれい、送風機で、試料を乾燥、樹状構造を金属顕微鏡で観察。
2. 相構造解析
   1. CuKα 放射線^12,22x 線回折 (XRD) による相構造と試料の格子定数を特徴付けます。
      注: は、2 °/分でスキャン速度を使用します。X 線回折測定の前に任意の表面の応力を除去することによって試料を慎重に準備します。

結果

図 7は、キャストとして MnCuNiFeZnAl 合金試験片 #1-#7 ひずみ振幅の減衰容量の依存関係と、打ち M2052 を示します。#1 供試体の減衰能の鋳造 M2052 合金 (図 7 aに示すように)、および伝統的な鍛造 M2052 高減衰合金前記事^20,21に記載されているよりも高い結果を示す.さらに、合金にする?...

ディスカッション

キャストとしてミネソタ-Cu 系合金のこの種が優れた減衰能と優れた機械的特性を所有していることを確保するため、安定した化学成分、高純度と優れた結晶構造鋳物がいるを確認する必要は。したがって、厳格な品質管理は、製錬、注いで、および熱処理プロセスに必要です。

まず、合金のための適切な成分を選択する必要があります。追加された合金元素がγ?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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