权利要求
1.一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将原料混合并在稀有气体环境中熔炼，再将溶液浇铸成锭，然后对铸锭进行锻造处理，最后所得锻件进行固溶、时效热处理，制得。
2.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述原料在氩气保护下于1300-1380℃进行熔炼，直至全部原料溶清。
3.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述浇铸在1200-1250℃进行，随后自然冷却至室温。
4.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述锻造前浇铸后，将铸锭以10～20℃/min速率升温到960℃，保温1～4小时。
5.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述锻造过程中的起锻温度为850℃，终锻温度为650℃。
6.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述固溶热处理包括以下步骤：装炉温度小于等于300℃，以10～15°C/min升温，将锻件升温至700～750℃，保温1～2小时，进行预固溶，再升温至850℃，保温1～2小时，于900℃～950℃下保温1～3小时进行固溶处理，用10%NaCl水溶液进行淬水冷却。
7.根据权利要求1所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，其特征在于，所述时效热处理包括以下步骤：以5～10℃/min的升温速度到达250～300℃保温2小时，再升温至450～500℃进行时效处理4～8h，自然冷却至室温。
8.一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金，其特征在于，按照如权利要求1～7任一项所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金，其特征在于，包括以下质量百分比原料：Mn73.25%、Cu20.27%、Ni4.38%、Fe1.82%，余量为杂质。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属
功能材料技术领域，尤其涉及一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金及其制备方法。
背景技术
[0002]在现代工业领域，对高性能金属材料的需求日益增长，尤其是在航空航天、船舶工业、精密仪器和汽车制造等行业。这些领域对材料的力学性能和阻尼性能提出了极高的要求。Mn-Cu合金作为一种重要的阻尼合金，因其独特的物理和力学性能，在减振降噪方面具有显著优势，在实际应用中，阻尼合金材料往往需要承受多轴应力和交变载荷，这可能导致材料内部的微观结构发生变化，进而影响其力学性能和阻尼性能的稳定性。传统的Mn-Cu合金在复杂应力环境下表现出的性能波动较大，难以满足高端装备制造业对材料稳定性的严格要求。
[0003]目前行业内对于Mn-Cu合金的改进主要集中在成分优化和工艺改进上。然而，这些改进往往只能在一定程度上提高合金的某一方面性能，难以实现力学性能和阻尼性能的全面提升和平衡。例如，通过增加某些强化元素可以提高合金的强度，但这可能会导致阻尼性能的下降;而过度强调阻尼性能的提升又可能牺牲合金的强度和韧性。
[0004]如何在保持Mn-Cu合金阻尼性能优势的同时，显著提升其力学性能，并增强其在复杂应力环境下的稳定性，是当前该领域面临的主要技术挑战。
发明内容
[0005]根据以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金及其制备方法，可应用于减振降噪用等领域。
[0006]为实现以上目的，所采用的技术方案是：
[0007]本发明的目的之一在于提供一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法，包括以下步骤：先将原料混合并在稀有气体环境中熔炼，再将溶液浇铸成锭，然后对铸锭进行锻造处理，最后所得锻件进行固溶、时效热处理，制得。
[0008]优选地，所述原料在氩气保护下于1300-1380℃进行熔炼，直至全部原料溶清。
[0009]优选地，所述浇铸在1200-1250℃进行，随后自然冷却至室温，使得内部晶粒分布均匀。
[0010]优选地，所述锻造前浇铸后，将铸锭电加热以10～20℃/min速率升温到960℃，保温1～4小时。
[0011]采取上述优选技术方案的有益效果在于：充分消除铸造过程中可能形成的内部应力和粗大晶粒。
[0012]优选地，所述锻造过程中的起锻温度为850℃，终锻温度为650℃。
[0013]优选地，所述固溶热处理包括以下步骤：装炉温度小于等于300℃，以10～15℃/min升温，将锻件升温至700～750℃，保温1～2小时，进行预固溶，再升温至850℃，保温1～2小时，于900℃～950℃下保温1～3小时进行固溶处理，用10%NaCl水溶液进行淬水冷却。
[0014]更优选地，所述固溶热处理包括以下步骤：以10℃/min升温，将锻件升温至750℃，保温1小时，进行预固溶，再升温至850℃，保温1小时，于920°C或950℃下保温1小时进行固溶处理，用10%NaCl水溶液进行淬水冷却。
[0015]采取上述优选技术方案的有益效果在于：本发明中，固溶热处理采用分级固溶处理方式，通过精确控制升温速率和温度梯度，使合金中不同成分或相依次溶解，避免局部过烧或溶解不充分。
[0016]优选地，所述时效热处理包括以下步骤：以5～10℃/min的升温速度到达250～300℃保温2小时，再升温至450～500℃进行时效处理4～8h，自然冷却至室温。
[0017]更优选地，所述时效热处理包括以下步骤：以5℃/min的升温速度到达300℃保温2小时，再升温至480℃进行时效处理8h，自然冷却至室温。
[0018]采取上述优选技术方案的有益效果在于：时效热处理采用多级时效方式，第一阶段为低温时效，在300℃下保温2小时，形成高密度纳米级GP区(Guinier-Preston Zone)，为后续析出提供形核位点。第二阶段为高温时效，升温至400～500℃，促使平衡相均匀析出，兼顾强度和韧性。
[0019]本发明的目的之二在于提供一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金，按照所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金的制备方法制备得到。
[0020]优选地，所述高Mn型Mn-Cu基高性能合金，包括以下质量百分比原料：Mn73.25%、Cu20.27%、Ni4.38%、Fe1.82%，余量为杂质。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明制备获得的Mn-Cu基合金兼备优异的力学性能和阻尼性能，抗拉强度大于550MPa，屈服强度大于320MPa，延展率大于31%，在温度低于120℃时，阻尼的损耗因子大于0.02，有着较宽的温度平台，保持了良好的阻尼性能，相对于现有的Mn-Cu基合金有一定的提升。
[0022]本发明的制备方法具有较强的工业可操作性，通过将传统的合金制造工艺简化为熔炼、铸造、锻造和热处理四个主要步骤，本发明不仅优化了Mn-Cu基合金的性能，还在一定程度上降低了生产成本，提升了生产的可操作性和可重复性。
[0023]本发明所使用的设备，包括真空炉，锻压设备以及热处理炉均为常规设备，相关技术人员均可复现，一定程度上可实现大规模生产。
附图说明
[0024]图1为制得的合金金属实例与对照例在室温下的拉伸应力应变曲线。
[0025]图2为实施例1合金在频率为5.4Hz或21.6Hz、振幅为10um下的温度-阻尼性能曲线。
[0026]图3为实施例1合金在频率为5.4Hz或21.6Hz、温度为23℃下的振幅-阻尼性能曲线。
[0027]图4为实施例2合金在频率为5.4Hz或21.6Hz、振幅为10um下的温度-阻尼性能曲线。
[0028]图5为实施例2合金在频率为5.4Hz或21.6Hz、温度为23℃下的振幅-阻尼性能曲线。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本发明的材料性能进行描述，所展示的实例仅用于解释本发明，不能理解为对本发明制造范围的限制，该领域相关技术人员可以对本申请作出一定的非本质的改进。实例中未特意提及的材料、条件与设备，均按常规条件进行。
[0030]实施例1：
[0031]一种高Mn型Mn-Cu基高性能合金，包括以下质量百分数的原料：Mn73.25%、Cu20.27%、Ni4.38%、Fe1.82%，其制造步骤如下：
[0032]步骤一：使用500kg真空中频感应熔炼炉熔炼原料金属，具体要求为，按质量百分数称取纯度为99%的原料混合装入QSH-ZG-500K真空熔炼炉中，在真空度为6.6x10-2Pa以下时通入氩气，在温度为1300-1380℃下熔炼，直至全部原料溶清。
[0033]步骤二：将熔炼后的金属液在温度为1200-1250℃下缓慢浇铸到模壳内成锭，自然冷却至室温得到铸件。
[0034]步骤三：将所得铸件用电加热炉以10℃/min速率升温到960℃，保温1小时，再进行空气锤热锻处理，起锻温度为850℃，终锻温度为650℃，锻成150x50x15mm的板料。
[0035]步骤四：将上述的板料以10℃/min的升温速度到达750℃，保温1小时，进行预固溶，再升温至850℃，保温1小时，最后升温至920℃进行固溶处理1h，用10%NaCl水溶液进行淬水冷却，以5℃/min的升温速度到达300°C保温2小时，再升温至480℃进行时效处理8h，自然冷却至室温得到Mn-Cu基阻尼合金。
[0036]使用线切割将实施例1所得板料切割出一块15x15x50mm的板料，继续用车床车削所得板料获得直径为10mm、长度为50mm的棒料，用此棒料进行金属材料室温棒材拉伸实验(计算标准按照GB/T 228-2010要求执行)检测其力学性能，实验拉伸速度为5mm/min，其应力应变曲线如图1所示。
[0037]从图1中可以得知实施例1金属的抗拉强度为550MPa，屈服强度为323MPa，延展率为31.3%，相比于M2052金属有显著的提升。
[0038]使用线切割将实施例1所得板料切割出一块1x15x50mm的板料，然后使用动态热机械分析仪检测其变振阻尼性能与变温阻尼性能，结果如图2、图3所示。
[0039]可以从图2中看出实施例1金属在振幅为10um，振动频率为5.4Hz或21.6Hz条件下，合金在-40℃～120℃温度范围内的损耗因子tanδ约由0.03缓慢降低到0.015，此过程中未观察到玻璃态转变现象，材料具有良好的温度平台特性，阻尼性能表现稳定。而图3表示该实例合金阻尼性能与应变振幅呈正相关关系，且频率越高其表现出来的阻尼性能越好，在室温范围下，低振幅时(小于10um)损耗因子约为0.02。
[0040]实施例2：
[0041]按照实施例1步骤，但是步骤四中的固溶处理温度改为950℃。
[0042]从图1中可以得知实施例2金属的抗拉强度为555MPa，屈服强度为321MPa，延展率为31.4%，相比于M2052金属有显著的提升。
[0043]可以从图4中看出实施例2金属在振幅为10um，振动频率为5.4Hz或21.6Hz条件下，合金在-40℃～120℃温度范围内的损耗因子tanδ约由0.035缓慢降低到0.016，此过程中未观察到玻璃态转变现象，材料具有良好的温度平台特性，阻尼性能表现稳定。而图5表示该实例合金阻尼性能与应变振幅呈正相关关系，且频率越高其表现出来的阻尼性能越好，在室温范围下，低振幅时(小于10um)损耗因子约为0.02。
[0044]对照例1：
[0045]按照实施例1步骤，但是步骤四中的时效处理温度改为450℃。
[0046]对照例2：
[0047]按照实施例1步骤，但是步骤四中的时效处理温度改为420℃。
[0048]对照例3：
[0049]按照实施例1步骤，但是步骤四中的固溶处理去掉升温至750℃，保温1小时，不进行预固溶。
[0050]将实施例1和对照例1、对照例2对比分析，表1为产品实施例与M2052金属的力学性能与阻尼性能对比。如表1和图1所示，可知时效处理的温度对合金的性能至关重要，时效处理温度在480℃时，合金的溶质元素分布更均匀，晶粒相对较细，晶界面积相对较大，使得合金的强度提升，同时减少了局部应力的集中，提高合金的整体性能。
[0051]表1.实施例与M2052金属的力学性能与阻尼性能对比
[0052]
[0053]
[0054]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(5)
声明：
“高Mn型Mn-Cu基高性能合金及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：烟台万隆真空冶金股份有限公司
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