Aqui nós apresentamos um protocolo para obter um romance baseados em Mn-Cu liga com excelentes performances abrangentes por uma tecnologia de fundição de alta qualidade e métodos de tratamento de calor razoável.
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Artigo de método
Uma técnica disponível para a preparação de novos MnCuNiFeZnAl liga fundido com Superior serviço de capacidade e de alta temperatura de amortecimento
Neste artigo
Resumo
Resumo
Ligas de manganês (Mn) - cobre (Cu) - baseada foram encontrados para ter a capacidade de amortecimento e podem ser usadas para reduzir as vibrações prejudiciais e eficazmente o ruído. M2052 (Mn-20Cu-5Ni-2Fe, %) é um ramo importante de ligas Mn-Cu-baseado, que possui excelente capacidade de amortecimento e a capacidade de processamento. Nas últimas décadas, muitos estudos têm sido realizados sobre a otimização de desempenho de M2052, melhorando a capacidade de amortecimento, propriedades mecânicas, resistência à corrosão e temperatura de serviço, etc. os principais métodos de desempenho otimização são de liga, tratamento térmico, pré-tratamento e diferentes formas de moldagem etc., entre os quais liga, bem como adotando um razoável tratamento térmico, é o método mais simples e eficaz para obter perfeita e abrangente desempenho. Para obter a liga M2052 com excelente desempenho para o molde de fundição, propomos adicionar Zn e Al para a matriz de liga de MnCuNiFe e usar uma variedade de métodos de tratamento térmico para uma comparação na microestrutura, capacidade de amortecimento e temperatura de serviço. Assim, um novo tipo de liga de Mn-22.68Cu-1.89Ni-1.99Fe-1.70Zn-6.16Al (at.%) elenco-idade com serviço de alta temperatura e capacidade de amortecimento superior é obtido por um método de tratamento de calor otimizada. Comparado com a técnica de forjamento, molde de gesso é mais simples e mais eficiente, e a capacidade de amortecimento desta liga como multicast é excelente. Portanto, há uma razão adequada para pensar que é uma boa escolha para aplicações de engenharia.
Introdução
Since the Mn-Cu alloys were found by Zener to have damping capacity1, they have received widespread attention and research2. The advantages of Mn-Cu alloy are that it has high damping capacity, especially at low strain amplitudes, and its damping capacity cannot be disturbed by a magnetic field, which is quite different from ferromagnetic damping alloys. A alta capacidade de amortecimento das ligas Mn-Cu-baseado pode ser atribuída principalmente para a mobilidade dos limites internos, incluindo principalmente o gêmeo limites e fronteiras de fase, que são geradas no face-centered-cubic-to-face-centered-tetragonal ( f.c.c.-f.c.t) transição de fase sob a transformação de martensita temperatura (Tt)3. Verificou-se que Tt depende diretamente o teor de Mn na liga baseados em Mn-Cu4,5; ou seja, quanto maior o Mn conteúdo, quanto maior o Tt e melhor a capacidade de amortecimento do material. A liga, que contém mais de 80 em % de manganês, foi encontrada para ter alta capacidade de amortecimento e força ideal quando saciada do sólido-solução temperatura6. No entanto, a maior concentração de Mn na liga causaria diretamente a liga a ser mais frágeis e têm um menor alongamento, resistência de impacto e uma pior resistência à corrosão, o que significa que a liga não cumprirá os requisitos de engenharia. Resultados da pesquisa anterior revelaram que um tratamento de envelhecimento sob condições apropriadas é uma maneira eficaz de conciliar este problema; por exemplo, Mn-Cu-baseado ligas contendo 50-80% de amortecimento Mn também pode obter uma alta Tt e capacidade de amortecimento favorável por um tratamento de envelhecimento na temperatura apropriada gama7. Isto é devido a decomposição da γ-fase do pai em nanoescala Mn-ricos e regiões de nanoescala rico Cu enquanto envelhecimento na faixa de temperatura da miscibilidade lacuna8,9,10, considerada para melhorar Tt desta liga junto com sua capacidade de amortecimento. Claramente, é um método eficaz que pode combinar a alta capacidade de amortecimento com excelente trabalhabilidade.
M2052 liga usada para forjar uma representante baseados em Mn-Cu amortecimento de alta-liga com teor médio de Mn, desenvolvido pela Kawahara et al , formando 11, tem sido extensivamente estudada nas últimas décadas. Os pesquisadores descobriram que a liga de M2052 tem um bom ponto de doce entre capacidade de amortecimento, força de rendimento e trabalhabilidade. Comparado com a técnica de forjamento, fundição tem sido amplamente utilizado até agora devido ao processo de moldagem simples, baixos custos de produção e alta produtividade, etc os fatores influentes (por exemplo, frequência de oscilação, amplitude de tensão, refrigeração velocidade, tempo/temperatura de tratamento térmico, etc.) sobre a capacidade de amortecimento, microestrutura e umedece o mecanismo de liga de M2052 têm sido estudados por alguns pesquisadores12,13,14,15 ,16,17,18. No entanto, o desempenho de fundição de liga de M2052 é inferior, por exemplo, uma ampla gama de temperatura de cristalização, a ocorrência de porosidade de fundição e encolhimento concentrado, , eventualmente tendo por resultado a mecânica insatisfatória Propriedades dos castings.
The purpose of this paper is to provide the industrial field with a feasible method of obtaining a cast Mn-Cu based alloy with excellent properties which can be used in machinery and in the precision instruments industry to reduce vibration and ensure the product qualidade. De acordo com o efeito de elementos sobre a transformação de fase e o desempenho de fundição de liga, Al elemento é considerado para reduzir o γ-fase a região e a estabilidade da fase γ , o que pode fazer com mais facilidade a fase γ transformar em um γ' fase com microgêmeos. Além disso, a solução de átomos de Al na fase γ irá aumentar a força da liga, que pode melhorar as propriedades mecânicas. Also, Al element is one of the important elements which can improve the casting properties of Mn-Cu alloy. Elemento de Zn é benéfico para melhorar o casting e propriedades da liga de amortecimento. Finalmente, 2 wt % Zn e 3 wt % Al foram adicionados para a liga de MnCuNiFe quaternária neste trabalho e um novo elenco liga Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (% em peso) foi desenvolvida. Além disso, vários métodos diferentes de tratamento térmico são utilizados neste trabalho e seus efeitos distintos são discutidos como segue. O tratamento de homogeneização foi usado para reduzir a segregação dendrito. O tratamento da solução foi usado para a imobilização de impurezas. O tratamento do envelhecimento é usado para provocar a decomposição spinodal; Entretanto, os vários tempos de envelhecimento são utilizados para procurar os parâmetros de otimização para uma temperatura de serviço elevado e excelente capacidade de amortecimento. Em última análise, um método preferível tratamento térmico foi exibido para uma superior capacidade de amortecimento, bem como uma temperatura de serviço elevado.
Verifica-se que o atrito interno máximo (Q-1) e a mais alta temperatura de serviço pode ser alcançada simultaneamente por envelhecimento a liga a 435 ° C por 2 h. Por causa da simplicidade e eficiência deste método de preparação, pode ser produzida uma romance como elenco Mn Cu-liga à base de amortecimento com excelente desempenho, que é de importante significado prático para a sua aplicação de engenharia. Este método é particularmente apropriado para a preparação de fundição de liga de amortecimento alto Mn-Cu-baseada que pode ser usada para redução de vibração.
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Protocolo
1. preparação de matérias-primas
- Pesar todas as matérias-primas necessárias com uma balança electrónica por percentagem em massa (65% Mn eletrolítico, 26% eletrolítico Cu, 2% Fe puro industrial, 2% Ni eletrolítico, 3% Al eletrolítico e 2% Zn eletrolítico), conforme mostrado na Figura 1.
Nota: Todas estas matérias-primas foram comercialmente disponíveis.
Figura 1 : Apresentação de matérias-primas. Os materiais usados incluem 65% em peso Mn eletrolítico, 26% em peso eletrolítico Cu, 2% em peso industrial Fe puro, 2% em peso Ni eletrolítico, 2 wt % Zn eletrolítico e 3% em peso eletrolítico Al por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. fundição e processo
Nota: Os passos detalhados de areia de fundição são mostrados na Figura 2.
Figura 2 : Areia de fundição e moldagem passos. O processo principal inclui uma operação de fundição, moldes e padrão de fabricação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Para preparar os padrões, fazer padrões de acordo com o desenho de produto e certifique-se de que o tamanho do padrão é expandido em certa medida, ser responsabilizada por encolhimento e subsídios de usinagem.
Nota: O padrão material utilizado neste trabalho é de madeira ( Figura 3) como um padrão de madeira é leve, fácil de trabalhar, e tem um ciclo de produção curto e baixo custo.
Figura 3 : Os testes padrões usados no molde fundição. Esses padrões de madeira foram usados para obter a forma dos castings. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Para preparar a areia de moldagem, misture a areia de quartzo com silicato de sódio 4% - 8%.
Nota: O diâmetro de areia é de cerca de 0,4 mm e as partículas são uniformes. - Conclua o processo de moldagem principal pelas mãos.
- Primeiro, coloque dois padrões no recipiente de moldagem.
- Em seguida, vire o frasco após forçamento da areia de moldagem em torno dos padrões e retirar os padrões da areia.
- Finalmente, escove a superfície do molde de areia com fundição de revestimento para melhorar a qualidade de superfície da carcaça e reduzir defeitos de fundição.
Nota: O molde de areia moldado é mostrado na Figura 4. - Para obter um molde de areia seco, coloque o molde em um forno a 180 ° C e asse por mais de 8 h antes de aumentar a sua resistência e permeabilidade, facilitar o enchimento do derretimento e garantir a qualidade dos produtos fundição casting.
Figura 4 : O molde de areia moldado. Tem duas cavidades e sua superfície foi coberta com um revestimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. indução de derretimento
Nota: Utilize uma indução de média frequência vácuo fornalha de derretimento.
- Abra a tampa do forno, coloque 20,8 kg de Mn, 8,32 kg de Cu, 0,64 kg de Ni, 0,64 kg de Fe, 0,64 kg de Zn e 0,96 kg de materiais Al no cadinho sucessivamente e cobrir os materiais com criolita, finalmente.
- Retire o molde de carcaça do forno e colocá-lo na fornalha; ajuste a sua posição para uma bem sucedida derramando. Feche a tampa do forno a vácuo e em seguida, abra o sistema de distribuição de calor para iniciar a fusão da liga.
- Quando os metais começarem a derreter, encha a fornalha com argônio a uma pressão negativa de 93-KPa, para inibir a salpicos de metal fundido.
- Após a liga tem derretido, refiná-lo durante alguns minutos para reduzir as impurezas prejudiciais e conteúdo de gás.
Nota: O processo de derretimento inclui frequentemente da fundição e refino.
4. fundição de liga
- Despeje o metal fundido suavemente o molde de carcaça após o processo de refino.
- Depois que o metal fundido é completamente solidificado, quebrar o vácuo e retire o molde de fundição.
- Retire as carcaças do molde de fundição quando a temperatura do molde cai para um nível baixo.
5. pré-tratamento dos Castings
Nota: O macrophotograph da peça moldada é mostrado na Figura 5.
- Corte de espécimes de casting usando uma máquina de corte linear.
Nota: As amostras para as medições de difratômetro (XRD) de raio-x e a observação metalográfica são em 10 x 10 x 1 mm3. As amostras para a análise dinâmica termomecânico (DMA) possuem uma dimensão de 0,8 x 10 x 35 mm3.
Figura 5 : As peças moldadas em areia molde e as partes removidas. Duas peças fundidas foram moldadas de uma só vez. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
6. tratamento térmico
- Divida os espécimes polidos em sete grupos e mantenha o espécime #1 sem tratamento, mantendo um estado como molde para comparação. Coloque os outros em um forno de resistência de tipo caixa para diferentes tratamentos térmicos.
- Homogeneizar as amostras #2 e #5 a 850 ° C por 24 h e, posteriormente, saciá-los em água fria antes de envelhecimento-los em 435 ° C, espécime #2 para 4h e espécime #5 por 2 h.
- Solução-tratamento de espécimes #3 e #6 a 900 ° C, durante 1 h e, posteriormente, saciá-los em água fria antes de envelhecimento-los em 435 ° C, espécime #3 para 4 h e espécime #6 para 2 h.
- Idade espécimes #4 e #7 435 ° c por 4 h e 2 h, respectivamente.
7. teste de capacidade de amortecimento
- Use uma análise mecânica dinâmica (DMA) para medir a capacidade de amortecimento dos espécimes17.
Nota: O modo de teste é varredura de tensão à temperatura ambiente. - Durante o ensaio, detecta o δ de ângulo de fase entre o stress e a tensão (como mostrado na Figura 6).
- Caracteriza a capacidade de amortecimento pela Q-1, pode ser determinado pela seguinte fórmula.
Q -1 = tan δ
Figura 6 : A construção do dispositivo elétrico e teste princípio da DMA. (a) este painel mostra o dispositivo elétrico do cantilever dobro de DMA. (b) este painel mostra a relação da tensão senoidal aplicada para a tensão e o lag fase resultante. Os valores do GAL entre o stress e a tensão, bem como o módulo de elasticidade, podem ser calculados por fórmulas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
8. Caracterização da amostra
-
Polimento eletrolítico e observação metalográfica
- Para uma observação de microestrutura do dendrito, condicione todos os espécimes para cerca de 1 minuto em uma solução mista de ácido perclórico e álcool absoluto às 01:27.
- Em seguida, limpar os espécimes com acetona, secar a amostra com um ventilador e observar a estrutura dendrítica, com um microscópio metalográfico.
-
Caracterização de estrutura de fase
- Caracteriza a estrutura de fase e os parâmetros da estrutura dos espécimes por difração de raios x (XRD) com de12,de radiação CuKα22.
Nota: Use uma velocidade de digitalização em 2°/min. Antes da medição de XRD, prepare os espécimes cuidadosamente, removendo qualquer superfície stress.
- Caracteriza a estrutura de fase e os parâmetros da estrutura dos espécimes por difração de raios x (XRD) com de12,de radiação CuKα22.
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Resultados
A Figura 7 mostra a dependência da capacidade de amortecimento na amplitude da tensão para a liga de MnCuNiFeZnAl como-fundido espécimes #1 - #7 e M2052 como molde. Os resultados mostram que a capacidade de amortecimento do espécime #1 é maior do que de conversão M2052 liga (como mostrado na Figura 7a) e o tradicional forjada M2052 amortecimento de alta liga, mencionada nos artigos anteriores20,...
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Discussão
Para garantir que este tipo de liga de Mn-Cu-baseado como-fundido possui tanto a capacidade de amortecimento superior e excelentes propriedades mecânicas, é necessário garantir que as carcaças têm uma composição química estável, um elevado grau de pureza e uma estrutura de cristal excelente. Portanto, o controle estrito da qualidade é necessário para os processos de fundição, derramando e tratamento térmico.
Em primeiro lugar, é necessário escolher os ingredientes apropriados para a liga. Deve...
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Damos graças ao apoio financeiro da Fundação Nacional de ciências naturais da China (11076109), o programa de estudiosos de Hong Kong (XJ2014045, G-YZ67), o "plano de 1000 talentos" da província de Sichuan, o programa talento introdução da Universidade de Sichuan ( YJ201410) e a inovação e o programa de experiência criativa da Universidade de Sichuan (20171060, 20170133).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| manganês | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | DJMnB | produzido por eletrólise |
| de cobre | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | -CATH-2 | produzido por eletrólise |
| Nickel | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | Ni99.99 | produzido por eletrólise |
| Ferro | Ningbo Jiasheng Metal Materials Co., Ltd. | YT01 | industrial puro Fe |
| Zinco | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | 0# | produzido por eletrólise |
| Alumínio | Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. | Al99.90 | produzido por eletrólise |
Referências
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Reimpressões e permissões
