一种结构功能一体化高碳阻尼减振钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种结构功能一体化高碳阻尼减振钢及其制备方法，属于结构功能一体化工程材料技术领域。本发明专利技术的高碳阻尼减振钢，其化学成分的质量百分比为：C≥1.2％，Si：1.5%

【技术实现步骤摘要】
一种结构功能一体化高碳阻尼减振钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高碳阻尼减振钢及制备方法，属于结构功能一体化工程材料


技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，人们对工作环境的要求也不断提高，而噪声作为工作中的常见污染源受到了日益受到人们的重视，因此开发出满足工作性能的减振材料成为当前材料发展的一个关键方向[文献一：杜国芳，单长吉，蔡彦，杨海涛．浅谈减振降噪材料[J] ．科学技术创新，2018(32)：189
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190]。海洋舰船中减振降噪是一项十分重要的任务，开发出具有减振性的高性能材料是一项亟待解决的问题。
[0003]目前减振降噪的思路主要可分为三类：一类是通过设计零部件或改变机械结构使得振动源与周围结构部件相隔离，以达到阻止振动向周围进行辐射传播的目的，或者使振动在传播前耗散掉，这样的设计势必会增加结构体积，使得成本提高 [文献二：李湘洲.减振合金(一)[J]. 金属世界，1995,(5):10
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11]。第二类是在材料表面设计涂层，以达到不改变材料性能的前提下获得减振效果[文献三： Chen Yu gang,Zhu Qing yu,Zhai Jing yu. Experimental investigation on fatigue of blade specimen subjected to resonance and effect of a damping hard coating treatment[J]. Journal of Central South University,2021,28(2)]。第三类则是直接改变材料本身性能，或设计出新的结构材料，来同时满足使用要求和减振要求，降低生产成本，这是目前减振材料的主要设计思路[文献四：Jaydeep M. Karandikar, Christopher T. Value of information
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based experimental design:Application to process damping in milling[J].Precision Engineering,2014,38:799
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808]。
[0004]钢具有综合性能优良、生产成本低、应用范围广的特点，目前的结构材料仍以钢为主。经文献调研，舰船用泵的底座通常用Q235和Q345钢等碳结构钢作为结构材料，其阻尼内耗因子Q
‑1小于0.01，减振性能不好，需要找到其替换结构功能一体化钢材料[文献五：于学勇,刘立,杨莉,郭国林.减振铸铁、铁锰系合金和铁铬铝系合金的阻尼机制研究[J].热加工工艺,2016,45(04):79
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80+83.]。铁磁性阻尼合金Fe
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Cr系和Fe
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Mn系合金是目前研究最多的减振材料，但由于其较高的合金含量导致焊接性较差且生产成本高[文献六：Alan Mohamed, Mikhail Yu Zadorozhnyy, Dmitry Saveliev, Ivan Chudakov, Igor Golovin. Damping capacity, magnetic and mechanical properties of Fe
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18Cr alloy[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2020,494.文献七：Bingnan Qian, Huabei Peng, Yuhua Wen. A novel sandwich Fe
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Mn damping alloy with ferrite shell prepared by vacuum annealing[J]. Smart Materials and Structures,2018,27(4).]。铸铁中的石墨与基体的强度、弹性模量存在巨大的差异，所产生的应变不连续，受到周期应力的作用时，基体和石墨的界面上就会产生粘性流动以协调应变，从而消耗能量，产生内耗，所以铸铁减振性能优良。但由于石墨的强度、硬度和范性很
低[文献八：何志，罗锡裕．铁－石墨材料的减振减摩性能[J] ．钢铁研究学报，1996(S1)：31
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33.]，所以铸铁力学性能较差[文献九：王敬丰,魏文文,潘复生,汤爱涛,丁培道.金属阻尼材料研究的新进展及发展方向[J].材料导报,2009,23(13):15
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19.]。如果利用钢而不是铸铁作为结构件，同时通过石墨化过程析出大量的石墨，钢在力学性能优良的同时，其减振性能就能大幅度提高，从而起到减振降噪的作用，满足使用需求。经文献调研发现，目前现有的铁基阻尼合金及阻尼钢种类较少，主要有以下几种：（1）“一种具有高阻尼特性的铁基减振合金及其制备方法”（公布号：CN103966506A），“一种高阻尼铁基合金及其制备方法”（申请号：CN107574383A），“一种具备高导热特性的铁基高阻尼合金及其制备方法
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（申请号：CN106756595A）这三篇专利中所专利技术的阻尼铁基合金，兼具高强度和高阻尼特性，但是其合金元素含量高，具有较高的生产成本。
[0005]（2）“一种含Nb复合型低合金阻尼钢及其制备方法”（申请号：CN107338401A），该专利技术中的钢合金元素含量少，机械性能优良，但其阻尼性能不够，满足不了高阻尼材料的要求。
[0006]（3）“阻尼钢及其制备方法”（申请号：CN112662942A），该专利技术的阻尼钢主要通过向钢中添加Mg元素，改善钢的阻尼性能，切削性能和力学性能。
[0007]以上几种专利技术的具体成份如表1，本专利技术的复相型高碳阻尼减振钢，具有优良的力学性能和减振性能，且合金元素种类少，含量低，生产成本低，便于回收，有利于产业化推广。经文献检索，未发现与本专利技术材料具有相同的组成成份，亦未发现与本专利技术相同的制备方法的相关报道。
[0008]表1

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种高碳阻尼减振钢及其制备工艺。
[0010]一种高碳阻尼减振钢，其化学成分质量百分比为： C：≥1.2％，Si：1.5%
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1.7％，Mn：0.20%
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0.22％，Ni：2.15%
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2.25％，Al：0.25%
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0.27％，余量：Fe。
[0011]铸铁中加入的元素按照其各自对石墨化的作用差异，排列数序依次如下：铝、碳、硅、钛、镍、铜、铌、钨、锰、硫、铬、钒、铁、镁、硼。其中，铌为中性元素，其前面的为石墨化元素，后面的为反石墨化元素，各元素的位置离铌越远，其作用越强。因此，本专利技术从铸铁具有较好的减振性能但力学性能较差入手，本着降低成本的原则，设计如上合金成份。其中，碳和硅都是很强的石墨化元素，其中硅可以提高碳在铁之间的活度，提高共晶温度，缩小γ相区，使得共晶碳浓度左移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构功能一体化高碳阻尼减振钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比为： C≥1.2％，Si：1.5%
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1.7％，Mn：0.20%
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0.22％，Ni：2.15%
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2.25％，Al：0.25%
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0.27％，余量：Fe。2.一种如权利要求1所述结构功能一体化高碳阻尼减振钢的制备方法，其特征在于具体工艺步骤如下：1) 冶炼铸造工艺：真空熔炼和重力铸造方法；2) 轧制工艺：对冶炼钢锭，经高温均匀化后进行轧制；具体步骤如下：工序1：将铸锭切割成板坯，加热到1150℃保温进行均匀化处理，初轧温度为1080℃，先进行多道次粗轧，每道次轧制保持合适的下压量和轧制温度；工序2：进行多道次精轧，每次轧制保持合适的下压量和轧制温度，最终总下压量大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓华，朱进，王自东，胡娇，李一鸣，王艳林，杨明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：