铁锰基耐蚀高阻尼合金及其制造方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种铁锰基耐蚀高阻尼合金，并且还涉及该铁锰基耐蚀高阻尼合金的制造方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，各种机械的功率和速度不断提高，伴随而至的由振动引起的有害噪声也相应增大。有害的振动会导致材料疲劳，并且降低机械部件的工作可靠性。以潜艇为例，潜艇发动机振动噪声的传播和发射不但会干扰导航仪器的正常工作，而且会将自己暴露给对方；又，以音像系统为例，音像系统中的机械振动将不可避免地调制成背景噪声，影响图象的质量和声音；及，振动和噪声还严重影响产品的质量、仪器仪表的精度和机械设备的使用寿命。
可见，不论是从保护人们的身心健康和工作环境的角度考虑，还是从工业化的发展趋势出发，振动和噪声已成为了当今世界各国日益重视并且迫切渴望解决的技术问题。
目前，减少和消除有害振动和噪声的途径不仅在于采用合理的机械结构设计方案，还有赖于改善材料的阻尼性能，即选用具有高阻尼合金的材料，以阻止和降低振动应力峰的传播，从而消除并减少有害振动和噪音的产生。通常，降低材料或结构振动所采用的方法主要有以下三种：一是增加质量和提高刚性的方法，将结构件设计得足够庞大和坚固，以降低振动振幅，此法虽能表现出显著的效果，但不适合于小型化、轻量化和高速化；二是追求结构设计的合理性的方法，以巧妙的设计结构件避开共振条件即避免共振，但此法仅适合于振动源为单一振动频率的场合；三是利用高阻尼材料使振动衰减的方法，采用柔性设计，即，使振动通过弹性能转化为热能而消失，该方法不增加构件本身的质量并且不降低构件的强度，同时还能起到良好的减振降噪的效果。
目前，在航天航空航海和交通运输等行业，高阻尼合金特别是耐蚀高阻尼合金已越来越多地用于各种结构件。铁锰基(Fe-Mn)阻尼合金如Fe-15Mn或Fe-17.1Mn因其具有强度高、阻尼性能好以及成本比铜基和镍基阻尼合金低等优点而越来越多地用于航天航空航海和国防军事等领域。但是，该合金在航海和军事等特殊的使用环境中，因其耐蚀性能不够理想而在相当程度上受到限制。
关于阻尼合金的报道除了前述的Fe-Mn基阻尼合金外，在文献特别是中国专利文献中还可见诸，例如发明专利申请公开号CN101532114A披露了一种Fe-Cr-Mo基耐蚀高阻尼合金，该Fe-Cr-Mo合金在应变小于4×10-4时表现出阻尼性能，而且随着应变量的增加而增大，但达到峰值后便随着应变量的增加而减小；因此，Fe-Cr-Mo合金主要应用于振动能较小的工作环境，应用范围受到限制。
发明内容
本发明的首要任务在于提供一种既具有理想的耐蚀性能又具有卓越的阻尼性能而藉以拓展应用领域的铁锰基耐蚀高阻尼合金。
本发明的另一任务在于提供一种铁锰基耐蚀高阻尼合金的制造方法，该方法工艺要求不苛刻并且能保障所述铁锰基耐蚀高阻尼合金的技术效果的全面体现。
本发明的首要任务是这样来完成的，一种铁锰基耐蚀高阻尼合金，其化学元素及其含量为0.4-0.9wt％的钛，15-23wt％的锰，余为铁和不可避免的微量的化学元素。
本发明的另一任务是这样来完成的，一种铁锰基耐蚀高阻尼合金的制造方法，包括以下步骤：
A)制备铸锭，将质量分数为15-23wt％并且纯度为99.9％的锰和质量分数为0.4-0.9wt％并且纯度为99.9％的钛以及其余为工业纯铁加入到真空感应炉中熔炼，并且控制不可避免的微量的化学元素的含量，待完全熔化后浇注，经冷却得到铸锭；
B)退火，将铸锭引入退火炉退火，并且控制退火温度和退火时间，得到退火铸锭；
C)锻造，对退火铸锭热锻，并且控制开锻温度和终锻温度，得到锻造棒材；
D)淬火，先将箱式电阻炉升温，而后将锻造棒材放入炉内保温，保温后投入水中淬火，得到铁锰基耐蚀高阻尼合金。
在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的控制不可避免的微量的化学元素的含量是将不可避免的化学元素碳、硅、磷和硫的含量分别控制为碳≤1.0％、硅≤0.3％、磷≤0.04％和硫≤0.05％。
在本发明的另一个具体的实施例中，步骤B)中所述的控制退火温度是将退火温度控制为1140-1160℃，所述的控制退火时间是将退火时间控制为20-30h。
在本发明的又一个具体的实施例中，步骤C)中所述的控制开锻温度是指将开始锻造时的温度控制为940-960℃；而所述的控制终锻温度是指将结束锻造时的温度控制为890-910℃。
在本发明的再一个具体的实施例中，步骤D)中所述的将锻造棒材放入炉内保温的保温温度为1140-1160℃，保温的时间为80-100min。
在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤D)中所述的投入水中淬火的水的温度为常温水。
本发明提供的技术方案由于在具有良好的阻尼性能的铁锰基合金中加入了优选含量的钛，并且由于钛能抑制马氏体和α马氏体的形成，因而腐蚀形核的位置得以减少，又由于钛能改善面心立方固溶体的化学成分的均一性，降低硫的有害作用，抑制点蚀源产生，从而能在不构成对合金的阻尼性能影响的前提下得以显著地提高合金的耐蚀性能。提供的制造方法采用退火工艺，能使铸件的化学成分均匀化，改善合金在铸造过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，改善塑性和韧性；采用锻造可提高合金的力学性能，并且消除缩松和气孔之类的铸造缺陷而藉以减少对合金阻尼性能的影响；采用退火，可获得较多的马氏体以及γ/ε马氏体之间相界面；整个制造方法工艺步骤简练，生产成本低，适合于工业化放大生产。
附图说明
图1为本发明添加有钛元素的铁锰基耐蚀高阻尼合金与已有技术中的铁锰基阻尼合金的点蚀损失质量分数对比图。
图2为本发明添加有钛元素的铁锰基耐蚀高阻尼合金与已有技术中的铁锰基阻尼合金的对数衰减率-应变曲线对比图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员特别是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有效效果，申请人将在下面以实施例的方式并且结合所给出的图作详细说明，但对实施例的描述不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而并非为实质性的等效变换，则均应当视为本发明的技术方案范围并且受到保护。
实施例1：
A)制备铸锭，将纯度为99.9％的质量百分数为15.05wt％的锰(Mn)和纯度为99.9％的质量百分数为0.9wt％的钛(Ti)，余为工业纯铁投入到真空感应炉中熔炼，在金属完全熔化后取样分析，以控制熔液中的不可避免的化学元素的含量：碳(C)≤0.1％、硅(Si)≤0.3％、磷(P)≤0.04％和硫(S)≤0.05，待取样分析合格后浇注，经冷却得到铸锭，所述的取样分析合格是指所述的化学元素C、、Si、P和S元素含量达到前述的控制范围；
B)退火，将由步骤A)得到的铸锭引入退火炉退火，退火温度为1150℃，退火时间为30h，得到退火铸锭；
C)锻造，将由步骤B)得到的退火铸锭热锻，控制开始(初始)热锻时的热锻温度945℃，而终锻温度即锻造结束时的温度为895℃，得到锻造棒材；
D)淬火，先将箱式电阻炉升温到1145℃，而后将由步骤C)得到的锻造棒材投入炉内保温80min，保温结束即在保温80min后将铸造棒材从炉内取出，投入到常温水中淬火，得到几何形状为棒状的铁锰基耐蚀高阻尼合金。
本实施例所得到的铁锰基耐蚀高阻尼合金的点蚀实验表明：合金的耐蚀性能与已有技术中的未添加有钛(Ti)的铁锰基合金相比提高了将近3倍，具体请见图1；在提高了合金的耐蚀性能的同时，合金的阻尼性能并未受到影响，并且采用了JN-1型倒扭摆内耗仪测试阻尼性能，其结果由图2揭示(请见图2)，从而证明钛元素并不会对合金的阻尼性能造成影响。
正如申请人在上面的技术效果栏所述的那样：制造方法采用退火工序，使铸件的化学成分均匀化，改善韧性和塑性；采用锻造工序，使合金的力学性能得以提升，并且消除缩松和气孔之类的铸造缺陷，减少对合金阻尼性能的影响；采取退火(也可称热处理)工序，可获得较多的马氏体以及γ/ε马氏体之间的界面，抑制点蚀源的产生，从而极致地提高合金的耐蚀性能，尽管合金的点蚀损失质量分数为10％，但并没有对合金的阻尼性能产生明显的影响。因此由本发明的实施例1所得到的铁锰基耐蚀高阻尼合金可以应用于前述的诸如航天、航空、航海和军事等特殊的使用环境。
实施例2：
仅将步骤A)中的锰(Mn)的质量百分数改为17wt％，将钛(Ti)的质量百分数改为0.8wt％；将步骤B)中的退火温度改为1158℃，退火时间改为22h；将步骤C)中的初锻温度改为960℃，将终锻温度改为910℃；将步骤D)中的炉子升温温度改为1160℃，将保温时间改为90min。其余均同对实施例1的描述。
实施例3：
仅将步骤A)中的锰(Mn)的质量百分数改为23wt％，将钛(Ti)的质量百分数改为0.4wt％；将步骤B)中的退火温度改为1140℃，退火时间改为25h；将步骤C)中的初锻温度改为952℃，将终锻温度改为890℃；将步骤D)中的炉子升温温度改为1140℃，将保温时间改为100min。其余均同对实施例1的描述。