熱處理工藝對車用減震板組織和性能的影響

徐晶晶

(六安職業技術學院 汽車技術系，安徽 六安 237158)

隨著人民生活水平的提高和汽車科技的不斷發展，人們對乘車舒適度有了更高要求，汽車的減震效果越來越受到關注，逐漸成為選車用車的重要依據。傳統車用減震裝置一般采用橡膠制品，耐腐蝕性和減震性較好，但是強度太低，容易老化，因此在對減震板有強度要求的部位(如發動機隔板)一般要采用復合材料，且需要經常更換[1-2]。Mn-Cu合金具有良好的剛度、硬度、耐腐蝕性，并能減振降噪，是車用減震板的理想材料，能夠克服橡膠材料剛度和強度差的缺點[3-4]。本文通過研究熱處理工藝對Mn-Cu材料合金組織與阻尼性能的影響，揭示阻尼性能與材料顯微組織之間的關系，以期為開發出具有較高阻尼性能的車用減震材料提供技術參考。

1 試驗材料與工藝

1.1 試驗工藝流程

本試驗具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 試驗流程圖

1.2 材料成分

試驗用Mn-Cu合金材料的化學成分如表1所示。

表1 試驗用Mn-Cu合金材料的化學成分 wt%

1.3 熱處理工藝

試樣尺寸為30 mm×10 mm×2 mm，從Mn-Cu軋制板材上采用線切割方法截取。對試樣進行熱處理，其工藝如表2所示。

表2 試驗熱處理工藝

其中對第2類試樣再進行時效處理，溫度為425 ℃，分別保溫4 h，8 h，12 h，16 h后爐冷至室溫。熱處理后的試樣通過線切割加工制備阻尼測試片，尺寸為30 mm×5 mm×1 mm。

1.4 分析測試

阻尼測試片經砂紙打磨和清洗吹干后，采用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、動態機械熱分析儀等進行性能測試和分析。試驗中各工序所使用的設備及型號見表3。

表3 試驗設備總表一覽

2 結果與分析

2.1 X射線分析

對軋制態、熱處理爐冷和熱處理水冷試樣進行X射線分析，結果如圖2所示。原料軋制態試樣為面心立方結構的單相，衍射峰出現在(111)(200)(220)(311)(222)晶面。經熱處理后，水冷試樣(222)晶面的衍射峰基本消失，爐冷試樣(222)晶面的衍射峰完全消失，說明進行熱處理能明顯降低軋制態原料板材的畸變，爐冷相對水冷而言冷卻速度較慢，消除畸變的效果更好。同時，水冷試樣的衍射峰相對爐冷明顯往左側偏移，這是由于冷卻速度較快產生的晶格畸變導致的[5]。

圖2 軋制態、熱處理爐冷和熱處理水冷試樣的X射線分析

熱處理水冷和水冷后時效處理試樣的X射線衍射分析結果如圖3所示。

圖3 熱處理水冷和水冷后時效處理試樣的物相分析

和圖2作對比，可以發現不同時間時效處理試樣的衍射峰沒有明顯變化，說明時效處理沒有產生第二相。

2.2 微觀組織分析

軋制態、熱處理爐冷和熱處理水冷試樣的微觀組織如圖4所示。軋制態試樣圖4(a)中的顯微組織為典型軋制板材的顯微形貌，軋制方向存在明顯的晶粒破碎現象，晶粒尺寸分布差異非常大；熱處理爐冷試樣圖4(b)中為單一亞穩γ相，晶界不明顯；熱處理水冷試樣4(c)也基本為單一相，但是晶界明顯，有細小晶粒，存在少量孿晶，可能是由于水冷速度較快，細小晶粒得以保留。

(a)軋制態

熱處理水冷、水冷后時效處理4 h，8 h，16 h試樣的微觀組織如圖5所示。所有試樣的微觀結構基本相似，不同的是晶粒尺寸有所不同，隨著時效處理時間的增加，晶粒尺寸逐漸增大，晶粒尺寸如表4所示。Mn的集聚現象在時效處理8 h和16 h后逐漸明顯，已經有了集聚Mn凸起。

(a)熱處理水冷

表4 熱處理水冷、水冷后時效處理4 h，8 h，16 h試樣的晶粒尺寸 μm

2.3 阻尼性能分析

軋制態、熱處理爐冷和熱處理水冷試樣的阻尼性能測試結果如圖6所示。三種試樣的阻尼值隨應變振幅變化規律相同，都是隨著應變振幅的增加而增大，且都是軋制態試樣最大，爐冷次之，水冷最小。在較低應變振幅下，三者的阻尼值差距不大，隨著應變振幅的加大，阻尼值差距逐漸拉大，特別是軋制態試樣，阻尼值要明顯高于其他兩種試樣。

圖6 軋制態、熱處理爐冷和熱處理水冷試樣的阻尼值隨應變振幅的變化曲線

熱處理水冷、水冷后時效處理4 h，8 h，12 h，16 h試樣的阻尼性能如圖7所示。所有試樣的阻尼值隨應變振幅變化規律相同，都是隨著應變振幅的增加而增大。在相同應變振幅下，經時效處理的試樣阻尼值明顯高于熱處理水冷試樣，且隨著應變振幅的增大阻尼值差距不斷加大。相同熱處理工藝制備的試樣，時效處理時間不同，阻尼性能也不同，其中時效處理8 h試樣的阻尼性能要高于其他時效處理試樣，可見并不是時效處理時間越長越好，雖然時效處理時間越長晶粒尺寸越大，晶界密度降低，阻尼性能會有所增加，但是從前文的微觀組織分析發現，時效處理12 h和16 h后，已經發生了明顯的Mn偏聚，反而會降低阻尼性能[6-7]。

圖7 熱處理水冷、水冷后時效4 h，8 h，12 h，16 h試樣的阻尼值隨著應變振幅的變化曲線

3 結論

本文以Mu-Cu合金為研究對象，研究了熱處理工藝對合金組織和性能的影響，以期研發一種性能更為優良的車用減震板。試驗發現：

(1)經熱處理和時效處理后，Mn-Cu合金中的(222)晶面的衍射峰基本消失，時效處理后試樣和未經時效處理試樣衍射峰相近，時效處理未產生新相。

(2)時效處理過程中，隨著時效處理時間增加，Mn-Cu合金試樣晶粒尺寸增大，且時效處理12 h和16 h后出現了明顯的Mn偏聚。

(3)時效處理可以明顯提高Mn-Cu合金的阻尼性能，其中時效處理時間為8 h可以獲得最佳阻尼性能。