Сплав высокого демпфирования на основе железа

 

Применение: в качестве конструкционных материалов. Сущность изобретения: сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас. % : углерод 0,01 - 0,1; алюминий 4 - 12; марганец 0,3 - 3,0; титан 0,01 - 1,0; железо остальное, при этом [Al - Σ (Mn + Ti)] 1% - 3,5 - 8,5. Сплав имеет высокий декремент колебаний и механические свойства. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к сплавам высокого демпфирования на основе системы железо-алюминий, используемых в качестве конструкционных материалов.

Известна сталь, содержащая, % : C 0,003-0,3; Si 0,10-0,45; Mn 1,05-2,50; Al 1,5-9,0; Fe ост. Недостатками этой стали являются низкие демпфирующие и механические свойства (предел прочности при растяжении порядка 410 Н/мм².

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому сплаву является известный сплав следующего состава, который принят за прототип, мас. % : Углерод < 0,02 Алюминий 1-8 Хром 2-30 Железо Остальное Этот сплав после термообработки при 700-1200^оС обладает следующими свойствами: логарифмический декремент колебаний δ= = 20-22% ; σ_в = 400-420 Н/мм², σ_0,2= 270 Н/мм². Недостатками этого сплава являются низкие механические свойства и недостаточно высокий уровень демпфирующих свойств.

Технический эффект изобретения заключается в повышении логарифмического декремента колебаний δ и механических свойств σ_в; σ_0,2 сплава высокого демпфирования. Предлагается сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. % : Углерод 0,01-01 Алюминий 4-12 Марганец 0,3-3,0 Титан 0,01-1,0 Железо Остальное, при этом [Al - Σ (Mn + Ti)] % = 3,5-8,5.

Наличие в сплаве алюминия, марганца, титана в указанных пределах обеспечивает сплаву высокие демпфирующие и механические свойства, причем содержание этих элементов в сплаве должно соответствовать указанной зависимости. При значении величины по зависимости менее 3,5% резко снижаются демпфирующие свойства сплава, а при значении более 8,5% ухудшаются также механические свойства. Содержание в предлагаемом сплаве 4-12% алюминия способствует формированию структурного состояния сплава, обеспечивающего высокий логарифмический декремент колебаний, и повышает механические свойства. При содержании алюминия менее 4% ухудшается прочность и снижается δ. Повышение содержания алюминия свыше 12% приводит к падению пластичности и δ сплава, что связано с возникновением в структуре дальнего порядка.

Содержание марганца в количестве 0,3-3,0% является необходимым для обеспечения высоких демпфирующих свойств сплава. При содержании в сплаве менее 0,3% Mn ухудшаются демпфирующие свойства из-за ликвационной неоднородности. Повышение содержания Mn свыше 3,0% приводит к уменьшению магнитной восприимчивости сплава и снижению демпфирующей способности.

Титан в предлагаемом сплаве является упрочнителем твердого раствора и его содержание в количестве 0,01-1,0% необходимо для обеспечения высоких механических свойств. Титан также обеспечивает значительное улучшение демпфирующих свойств сплава. При содержании Ti менее 0,01% повышается коэрцитивная сила и ухудшаются демпфирующие свойства сплава; при содержании свыше 1,0% Ti резко снижается пластичность, и сплав становится нетехнологичным.

При содержании углерода более 0,1% повышается коэрцитивная сила сплава, что приводит к ухудшению демпфирующих характеристик вследствие уменьшения подвижности доменных стенок и роста гистерезисных потерь, при содержании 0,01% С не достигается требуемый уровень механических свойств.

Предложенный сплав выплавлен на Экспериментальном заводе ЦНИИЧМ сплавлением чистых шихтовых материалов в открытых индукционных печах емкостью 50 кг. Металл разливался в слитки массой 17 кг. Передел металла на холоднокатаный лист толщиной 1,5 мм производился по следующей схеме: ковка на сутунку - горячая прокатка на лист толщиной 2,5 мм - термообработка - травление - холодная прокатка до толщины 1,5 мм. После холодной деформации проводили термообработку с выдержкой при высокой температуре и последующим медленным охлаждением.

Далее из ленты вырезали образцы для стандартных испытаний на растяжение и образцы, на которых определяли величину логарифмического декремента колебаний при комнатной температуре. Демпфирующие свойства изучали, определяя амплитудную зависимость величины при комнатной температуре на установке ЦНИИЧМ, собранной по схеме обратного изгибного маятника и автоматизированной на базе микро-ЭВМ СМ-1803. Результаты испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что предложенный сплав в сравнении с прототипом имеет более высокий логарифмический декремент колебаний и повышенные механические свойства. (56) Патент США N 4316743, кл. C 22 C 37/10, 1982.

Заявка Японии N 58-2262, кл. C 22 C 37/10, 1983.

Формула изобретения

СПЛАВ ВЫСОКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий углерод и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец и титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Углерод 0,01 - 0,1 Алюминий 4 - 12 Марганец 0,3 - 3,0 Титан 0,01 - 1,0 Железо Остальное при этом [Al-Σ(Mn+Ti)] = 3,5-8,5%

РИСУНКИ

Рисунок 1