專利名稱：高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板及其制造技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高阻尼復(fù)合鋼板，特別是涉及到用傳統(tǒng)的壓力加工技術(shù)將傳統(tǒng)鑄鐵改造成具有高強度和高塑性的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板，屬于傳統(tǒng)材料的技術(shù)改造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
灰口鑄鐵性質(zhì)很脆，拉伸強度和塑性都很低，長期以來一直用鑄造法成型，至今未見灰鐵壓力加工成型的研究和應(yīng)用報道。球鐵壓力加工的研究和應(yīng)用較多，但是，用球鐵制造高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的研究應(yīng)用也未見報道。
振動和噪音是發(fā)達(dá)社會面臨的環(huán)境問題之一。如高速鐵路、高速公路上車輛運行引起的振動和噪聲更加劇烈，給司機和旅客帶來不適，并且嚴(yán)重干擾沿線居民的正常生活，甚至影響沿線學(xué)校、科研院所、醫(yī)院和行政機關(guān)等企事業(yè)單位的正常運行，并可引發(fā)一系列的身心健康問題。僅依靠傳統(tǒng)阻尼材料難以解決這些問題，而新型阻尼材料的價格一般很高，僅適用于一些特殊場合。
物體的振動主要受下述三個因素的影響，即與勢能有關(guān)的剛度，與動能有關(guān)的質(zhì)量，和與能量消耗有關(guān)的阻尼。而剛度、質(zhì)量及質(zhì)量分布在構(gòu)件設(shè)計已確定時，無法改變結(jié)構(gòu)，特別是在寬頻隨機激勵和脈沖激勵等條件下，就只能采用增加構(gòu)件和系統(tǒng)阻尼的方法來控制振動和噪聲。但是，當(dāng)代工業(yè)的發(fā)展趨勢是盡可能采用整體加工工藝的構(gòu)件，選用高強度材料來實現(xiàn)高速運行，這必導(dǎo)致系統(tǒng)的連接阻尼和構(gòu)件的內(nèi)部阻尼下降，使振動和噪音增大。為此，僅依靠傳統(tǒng)阻尼材料難以解決這個問題，必須開發(fā)多種既具有高強度又具有高內(nèi)阻尼的新材料，才能解決上述矛盾。亦即在給定的振動結(jié)構(gòu)因子的前提下，提高構(gòu)件材料的阻尼性能，增大固體結(jié)構(gòu)傳遞途徑的能量消耗和減小聲輻射表面的振動響應(yīng)特性等方法，來達(dá)到減振和降噪目的。而新型阻尼材料的價格一般很高，僅適用于一些特殊場合。
鑄鐵是價格最低的金屬材料，特別是灰口鑄鐵，密度低，約為鋼的80％，而阻尼性能卻是一般鋼材的6～10倍，但其拉伸強度和塑性都很低，只能鑄造成型，這嚴(yán)重限制了灰口鑄鐵良好阻尼性能在減振降噪方面的工程應(yīng)用。因此，如何提高灰鑄鐵的強度和塑性，在工程應(yīng)用中取代阻尼低的傳統(tǒng)鋼材而更廣泛發(fā)揮其減振降噪的作用，毫無疑問，具有非常重要的環(huán)保意義和工程價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一組高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板，以傳統(tǒng)的灰口鑄鐵和球墨鑄鐵為原材料，經(jīng)特殊的壓力加工和熱處理，將傳統(tǒng)鑄鐵改造成高阻尼的內(nèi)生復(fù)合鋼板，并且其價格與一般鋼材相當(dāng)。
這組高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板，其原材料為傳統(tǒng)的灰口鑄鐵和球墨鑄鐵，經(jīng)特殊的壓力加工和熱處理，使灰鐵中隨機取向分布的石墨片呈定向分布；使球鐵中的球形石墨轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蚍植嫉钠瑺钍?；這組內(nèi)生復(fù)合鋼板的微觀組織是由細(xì)小的、相互平行于板面的片狀石墨與鋼基體構(gòu)成的內(nèi)生復(fù)合組織，石墨片與基體晶粒因大塑性變形而細(xì)化，從而改善了強度和塑性，同時由于石墨/鋼基體界面的增加而保持了良好的阻尼特性。
這組高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的制造方法是1)a.灰口鑄鐵液澆入鋼筒，鋼筒截面為矩形或圓形；b.球墨鑄鐵液可直接澆鑄成鍛坯或熱軋板坯，可以不用鋼筒；2)凝固后在650～1000℃鍛壓成板坯，再在650～1000℃熱軋成中厚板，球墨鑄鐵可以不經(jīng)鍛壓而直接進行熱軋，石墨化退火后，也可進一步冷軋成薄板；3)軋后的石墨化退火須在真空爐或保護氣氛爐中進行。
減振吸聲的阻尼材料大致可分為金屬阻尼材料、高分子阻尼材料無機非金屬阻尼材料和金屬/塑料/無機材料等形成的各種復(fù)合阻尼材料。高分子阻尼材料的使用溫度低，而金屬材料的阻尼特性不夠理想，復(fù)合化可顯著提高材料的阻尼特性，但是造價高，污染環(huán)境。鑄鐵，特別是灰口鑄鐵，其阻尼性能是球鐵的兩倍左右、達(dá)到一般鋼材的6～10倍。但其拉伸強度和塑性都很低，難于用壓力加工來制造零部件。導(dǎo)致灰鐵強度和塑性低的主要原因是石墨片隨機分布，因為石墨片軟，相當(dāng)于微裂紋，這些隨機取向分布的石墨片使灰鐵的塑性和韌性都很低，接近于零，這限制了灰鐵良好阻尼性能的工程應(yīng)用。本發(fā)明利用鍛壓和軋制，使灰鐵和球鐵的石墨細(xì)化，呈相互平行的定向分布，減輕了石墨對鋼板基體的割裂作用。因此，鑄鐵經(jīng)鍛、軋制造的這種內(nèi)生復(fù)合鋼板的力學(xué)性能，在保持高阻尼特點的同時，顯著高于灰鐵母材，并且制造成本相當(dāng)于一般鋼材。球墨鑄鐵的石墨為球形，強度和塑性都很高，可以代替鋼來制造零部件。但是球墨鑄鐵的阻尼性能遠(yuǎn)不如灰鐵，本發(fā)明將其球狀石墨變?yōu)槎ㄏ蚍植嫉募?xì)小石墨片，因而提高了球鐵的阻尼性能。


圖1為灰口鑄鐵板經(jīng)鍛壓和熱軋而制備的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的顯微組織；圖2為球墨鑄鐵經(jīng)鍛壓和熱軋制備的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的顯微組織。
具體實施例方式
實施例1將φ10×20的HT150灰口鑄鐵壓裝在鋼筒中，在750～900℃熱壓縮，實現(xiàn)了80％的單道次相對壓下量，沒有發(fā)現(xiàn)邊裂等缺陷。在一系列Gleeble熱模擬實驗的基礎(chǔ)上，將HT150灰鐵澆鑄22×150×250mm矩形鋼筒中，將HT250和HT300灰鐵澆鑄在φ100×300mm鋼筒中，在750～900℃鍛壓成不同厚度的板坯，750～900℃熱軋成厚度為5mm的熱軋板，用這三種牌號灰鐵制備的熱軋板，其微觀組織特證為與軋面平行的定向石墨片均勻分布在鋼基體中，組織特征見圖1，性能特征見表1。
實施例2將φ10×20的QT450-10球墨鑄鐵樣品(沒用鋼筒)在750～900℃熱壓縮，實現(xiàn)了80％的單道次相對壓下量，沒有發(fā)現(xiàn)邊裂等缺陷。在Gleeble熱模擬實驗的基礎(chǔ)上，將Q450-10和QT400-15球鐵澆鑄成φ80×300mm試棒，在750～900℃鍛壓成不同厚度的板坯，750～900℃熱軋成厚度為5mm的熱軋板，這種熱軋板的微觀組織特證為母材中的球形石墨變?yōu)榕c軋面呈平行的定向石墨片均勻分布在鋼基體中，組織特征見圖2，性能特征見表2。
將實施例1和實施例2的熱軋板在保護氣氛爐中進行石墨化退火，得到定向石墨片均勻分布在鐵素體基體中的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板。初步的冷軋實驗表明，這種鐵素體基的內(nèi)生復(fù)合鋼板可以進行冷軋來改善表面質(zhì)量和調(diào)整板厚，石墨化退火后，其復(fù)合組織的特點與上述熱軋的相同，性能也相近。
這種鋼板將具有很廣泛的用途。如車輛結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機零件、船舶結(jié)構(gòu)件、通風(fēng)機結(jié)構(gòu)件，給、排水管道，日常生活用品等。
表1由灰口鑄鐵HT150制備的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的性能

表2由球墨鑄鐵QT450-10制備的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的性能

權(quán)利要求
1.一組高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板，其特征在于以傳統(tǒng)的灰口鑄鐵和球墨鑄鐵為原材料，經(jīng)特殊的壓力加工和熱處理，使灰鐵中隨機取向分布的石墨片呈定向分布；使球鐵中的球形石墨轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蚍植嫉钠瑺钍贿@組內(nèi)生復(fù)合鋼板的微觀組織是由細(xì)小的、相互平行于板面的片狀石墨與鋼基體構(gòu)成的內(nèi)生復(fù)合組織。
2.制造權(quán)利要求1所述的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的方法，其特征在于1)a.灰口鑄鐵液澆入鋼筒，鋼筒截面為矩形或圓形；b.鑄鐵液可直接澆鑄成鍛坯或熱軋板坯，可以不用鋼筒2)上述鑄鐵凝固后在650～1000℃鍛壓成板坯，再在650～1000℃熱軋成中厚板；球墨鑄鐵可以不經(jīng)鍛壓而直接進行熱軋，石墨化退火后，也可進一步冷軋成薄板；3)軋后的石墨化退火須在真空爐或保護氣氛爐中進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的制造方法，其特征在于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵凝固后在750～900℃鍛壓成板坯，再在750～900℃熱軋成中厚板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型鋼鐵材料及其制造方法。這種高阻尼內(nèi)生復(fù)合鋼板的原材料為鑄鐵。內(nèi)生復(fù)合鋼板的金相組織是由細(xì)小的、相互平行的片狀石墨與鋼基體構(gòu)成的內(nèi)生復(fù)合組織，其強度和塑性顯著高于灰口鑄鐵母材而低于球墨鑄鐵母材，其阻尼性能略低于灰口鑄鐵母材而顯著高于球墨鑄鐵母材。上述內(nèi)生復(fù)合鋼板的制造方法是將鑄鐵液澆鑄到鋼筒中，鋼筒截面為矩形或圓形。球墨鑄鐵也可直接澆鑄成鍛坯，不用鋼筒。鑄造板坯凝固后在650～1000℃鍛壓成一定厚度的熱軋板坯，再在650～1000℃熱軋成中厚板，石墨化退火后也可進一步冷軋成薄板。軋后的石墨化退火須在真空中或保護氣氛中進行。這種鋼板可用于制造減振降噪的殼體，管道、容器和軸類等結(jié)構(gòu)件。
文檔編號C21D9/46GK1644718SQ200510007158
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者荊天輔, 高聿為, 喬桂英, 張忠, 趙新, 王威, 周繼峰, 宋新宇 申請人:燕山大學(xué)