專利名稱：一種具有制震效果的合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與材料有關(guān)，特別是關(guān)于一種具有較佳制震效果的一種具有制震效果的合金。
由于制造技術(shù)的提升，許多產(chǎn)品的精度以達(dá)次微米的地步，因此制造高精度產(chǎn)品的機(jī)具需要極高的穩(wěn)定性。在制造過程中，因機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的震動(dòng)，如未妥善處理，即可能造成制程失敗。因此在上述制造機(jī)具的底座均會(huì)裝這具有高制震效果的金屬，作為吸收機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的震動(dòng)之用。習(xí)知的高精度機(jī)具大多是以S25C碳鋼、純鎂或是鋁為其底座的吸震材料。然，S25C碳鋼(S25C碳鋼的組成成分與主要機(jī)械性質(zhì)如表二與表三所示)可提供的阻尼性質(zhì)仍未臻理想(Q-1＝0.5×10-2)，亦即，S25C碳鋼可產(chǎn)生的制震效果有限。另外，S25C碳鋼耐腐蝕效果差，易被腐蝕。純鎂或鋁雖可提供較佳的制震效果，然其強(qiáng)度低，且不易焊燒為其最大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有制震效果的合金，具有較佳的制震效果。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有制震效果的合金，具有較佳的抗腐蝕性。
為達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有制震效果的合金，包含有以下的成分至多0.03wt％的C(碳)、0.2-0.6wt％的Si(硅)、至多0.15wt％的Mn(錳)、至多0.03wt％的P(磷)、至多0.03wt％的S(硫)、10.5-13.5wt％的Cr(鉻)、0.8-1.4wt％的Mo(鉬)、0.8-1.4wt％的Al(鋁)、0.8-1.4wt％的Ni(鎳)、0.02-0.1wt％的Nb(鈮)、至多0.01wt％的N(氮)、至多0.03wt％的Cu(銅)，其余大致為Fe(鐵)；該合金需經(jīng)過至少一道次的真空熔煉，并再經(jīng)過正?；幚?，使該合金的主要晶相組織為肥粒鐵(Ferrite)。
其中該合金的碳含量以低于0.01wt％為最佳。
其中該合金的硅含量以0.35wt％左右為最佳。
其中該合金的磷含量以低于0.01wt％為最佳。
其中該合金的硫含量以低于0.01wt％為最佳。
其中該合金的鉻含量以12wt％左右為最佳。
其中該合金的鉬含量以1wt％左右為最佳。
其中該合金的鋁含量以1wt％左右為最佳。
其中該合金的鎳含量以1wt％左右為最佳。
其中該合金的鈮含量以0.04wt％左右為最佳。
其中該合金的正?；幚淼臏囟仍?50℃-1000℃之間。
其中該合金的正?；幚淼臅r(shí)間在0.8小時(shí)-1.2小時(shí)之間。
以下茲舉一佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明在完成符合本發(fā)明的具有制震效果的合金的要求特性之前，發(fā)明人事先制作出各種不同元素成分與比例的試驗(yàn)合金，并測(cè)試其各種機(jī)械性質(zhì)，以為制作本發(fā)明所需的合金的依據(jù)。
發(fā)明人一共制作出七種驗(yàn)合金(F1-F7)，其成分與機(jī)械特性如表一所示。
表一
每一試驗(yàn)合金均在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行真空溶解(VIM)，鍛造溫度為950℃-1050℃，軋制溫度在950℃-1050℃之間。試驗(yàn)合金的阻尼值(Q-1)以音頻共振法測(cè)試，激勵(lì)電壓為15V；拉伸測(cè)試使用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試；晶相組織以試片利用顯微鏡觀察。
根據(jù)表一的數(shù)據(jù)，我們將各種試驗(yàn)合金的組成元素對(duì)材料性質(zhì)所產(chǎn)生的影響歸納如下1.以合金的晶相組織來看，屬于肥粒鐵+波來鐵雙晶相組織的F5與F6合金，其阻尼值較低(Q-1-2.3與3.6)；其他合金則屬肥粒鐵單晶相組織的阻尼值(Q-1-5.4～7.6)均雙晶相組織合金至少高出2倍以上。由此可知，肥粒鐵單晶相組織的合金具有高的制震效果。
2.一般而言，Cr(鉻)的加入可提高材料的耐蝕性。然由表一發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cr(鉻)含量大于10wt％時(shí)，合金的阻尼性大幅提高。對(duì)照F1與F3發(fā)現(xiàn)，Cr含量由12wt％增加至15wt％時(shí)，其阻尼性提高量并不大，然伸長率卻有明顯下降。對(duì)照F1與F6發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cr含量降至大約在10wt％左右時(shí)，由于第二相波來鐵的形成，合金的阻尼性大幅下降。以此觀點(diǎn)，Cr含量大約控制在12wt％左右為較佳。
3.當(dāng)C(碳)含量很低時(shí)，如F2與F7，其阻尼性與其他機(jī)械性質(zhì)均有不錯(cuò)的表現(xiàn)，但考慮到冶煉工藝?yán)щy度的問題，C含量不宜過低，以控制在≤0.03wt％為較適當(dāng)?shù)倪x擇。
4.Ni(鎳)的加入可改善材料的韌性，但容易產(chǎn)生肥粒鐵+波來鐵的雙晶相組織。對(duì)照F5與F7，唯有在低的C含量下加入Ni，才可使合金產(chǎn)生肥粒鐵的單晶相組織。
5.對(duì)照F3與F4，Al(鋁)的加入可提高材料的阻尼性，但過高會(huì)產(chǎn)生奧斯田鐵與肥粒鐵的雙晶相組織；因此Al的含量以控制在1wt％最佳。
6.Nb(鈮)的微量增加可使晶粒細(xì)微化，大約以0.04wt％的含量較為適當(dāng)。
7.Mo(鉬)主要是強(qiáng)化晶相基地以及提高強(qiáng)度與耐蝕性，一般以含量控制在1wt％左右最佳。
8.Si(硅)含量太高，材料脆性提高；含量太低，則制震效果受到影響；因此Si含量以0.35wt％為較佳。
根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)明人制作出一種特殊的合金鋼，發(fā)明人將其命名Fekral，其構(gòu)成成分(請(qǐng)對(duì)照參閱表二)≤0.001wt％的C(碳)、0.3821wt％的Si(硅)、0.0801wt％的Mn(錳)、0.0119wt％的P(磷)、0.0046wt％的S(硫)、12.45wt％的Cr(鉻)、1.219wt％的Mo(鉬)、0.942wt％的Al(鋁)、1.178wt％的Ni(鎳)、0.045wt％的Nb(鈮)、≤0.01wt％的N(氮)、≤0.03wt％的Cu(銅)，其余大致為Fe(鐵)。該Fekral合金鋼的冶金制程需經(jīng)過至少一道次的真空熔煉，使用前需再經(jīng)過950℃×1hr的正常化處理，使該Fekral合金鋼的主要晶相組織為肥粒鐵(Ferrite)。
表二
表三
該Fekral合金鋼的主要機(jī)械性質(zhì)請(qǐng)參閱表三所示。表三另外列出S25C碳鋼的材料性質(zhì)以為對(duì)照。根據(jù)二者(Fekral與S25C)的對(duì)照數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該Fekral合金鋼的阻尼值(Q-1＝9.0×10-2)大于S25C(Q-1＝0.5×10-2)約18倍。而在降服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、伸長率以及斷縮率方面，該Fekral合金鋼的表現(xiàn)均明顯優(yōu)于S25C。
該Fekral合金鋼的阻尼值高于S25C的主要原因是在二者的晶相組織的不同。該Fckral合金鋼的晶相組織為肥粒鐵。根據(jù)材料科學(xué)的理論，肥粒鐵質(zhì)軟，組織經(jīng)正?；筝^為均勻，易于將垂直方向的力源由晶界吸收至水平方向，因此可提高材料的制震性質(zhì)。而S25C的主要晶相為肥粒鐵+波來鐵，因此以肥粒鐵單晶相組織的該Fekral合金鋼所提供的制震性為低。
接下來，發(fā)明人將該Fekral合金鋼與S25C浸泡于海水中，以測(cè)試其腐蝕量(試料在每平方公尺，每小時(shí)的重量差；g/h m2)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)參照表四所示。
表4 單位g/hm2其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該Fekral合金鋼在第二天的腐蝕量較高(0.0231g/hm2)，之后腐蝕量逐漸降低，在第25天后，該Fekral合金鋼的腐蝕量?jī)H有0.0003g/h m2；而S25C會(huì)因腐蝕而造成重量的減損，且其腐蝕量會(huì)逐漸升高，大約在第18天以后，其腐蝕量維持在0.03g/h m2，為該Fekral合金鋼腐蝕量的100倍。由此可知，該Fekral合金鋼具有較佳的耐腐蝕性。
以前述方式所制作的一種具有制震效果的合金具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.由于該Fekral合金是以肥粒鐵單一晶相所構(gòu)成的材料，較其他雙晶相組織的碳鋼材料提供較高的制震效果(相較于雙晶相組織的S25C碳鋼，該Fekral合金的阻尼值(Q-1)高于S25C碳鋼約18倍)。因此本發(fā)明所提供的Fekral合金可提供較高的吸震效果。
2.本發(fā)明的Fekral合金除了可提供較佳的制震效果外，同時(shí)具有較高的耐腐蝕性質(zhì)，因此在制作過程中，不需要如習(xí)用材料(S25C)一般，要以表面電鍍的制程來達(dá)成其耐腐蝕的效果，可減少一種具有制震效果的合金的加工制程程序，進(jìn)而降低制作成本。
3.本發(fā)明的Fekral合金本質(zhì)上為一種不銹鋼，因此在燒焊結(jié)合(無論是軟焊或是硬焊)均比習(xí)用的純鎂或鋁來的容易，且可提供的焊接強(qiáng)度與成功率亦較高。
最后對(duì)本發(fā)明所提供的Fekral合金提出補(bǔ)充說明本發(fā)明所提供的Fekral合金不僅限于如本說明書背景部分所述的用于高精度制造機(jī)具的底座吸震用；其他需要以具有高制震效果材料制造的機(jī)具或物品，如使用本發(fā)明的Fekral合金，均應(yīng)屬于本發(fā)明的發(fā)明范圍中。
權(quán)利要求
1.一種具有制震效果的合金，其特征在于，包含有下列成分至多0.03wt％的碳、0.2-0.6wt％的硅、至多0.15wt％的錳、至多0.03wt％的磷、至多0.03wt％的硫、10.5-13.5wt％的鉻、0.8-1.4wt％的鉬、0.8-1.4wt％的鋁、0.8-1.4wt％的鎳、0.02-0.1wt％的鈮、至多0.1wt％的氮、至多0.03wt％的銅，其余大致為鐵；該合金需與至少一道次的復(fù)空熔煉，并再經(jīng)過預(yù)定時(shí)間與預(yù)定溫度的正?；幚?，使該合金的主要晶相組織為肥粒鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的碳含量以低于0.01wt％為最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的硅含量以0.35wt％左右為最佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的磷含量以低于0.01wt％為最佳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的硫含量以低于0.01wt％為最佳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的鉻含量以12wt％左右為最佳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的鉬含量以1wt％左右為最佳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的鋁含量以1wt％左右為最佳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的鎳含量以1wt％左右為最佳。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的鈮含量以0.04wt％左右為最佳。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的正?；幚淼臏囟仍?50℃-1000℃之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有制震效果的合金，其特征在于，其中該合金的正?；幚淼臅r(shí)間在0.8小時(shí)-1.2小時(shí)之間。
全文摘要
一種具有制震效果的合金,至少具有包含有下列組成成分的合金所構(gòu)成:至多0.03wt%的C、0.2－0.6wt%的Si、至多0.15wt%的Mn、至多0.03wt%的P、至多0.03wt%的S、10.5－13.5wt%的Cr、0.8－1.4wt%的Mo、0.8－1.4wt%的Al、0.8－1.4wt%的Ni、0.02－0.1wt%的Nb、至多0.01wt%的N、至多0.03wt%的Cu,其余大致為Fe;該合金需經(jīng)過至少一道次的真空熔煉,并再經(jīng)過950－1000℃×1hr的正?；幚?使該合金的主要晶相組織為肥粒鐵。
文檔編號(hào)C22C38/48GK1373239SQ01104288
公開日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者陳晴祺 申請(qǐng)人:陳晴祺