热处理工艺对车用减震板组织和性能的影响

徐晶晶

(六安职业技术学院 汽车技术系，安徽 六安 237158)

随着人民生活水平的提高和汽车科技的不断发展，人们对乘车舒适度有了更高要求，汽车的减震效果越来越受到关注，逐渐成为选车用车的重要依据。传统车用减震装置一般采用橡胶制品，耐腐蚀性和减震性较好，但是强度太低，容易老化，因此在对减震板有强度要求的部位(如发动机隔板)一般要采用复合材料，且需要经常更换[1-2]。Mn-Cu合金具有良好的刚度、硬度、耐腐蚀性，并能减振降噪，是车用减震板的理想材料，能够克服橡胶材料刚度和强度差的缺点[3-4]。本文通过研究热处理工艺对Mn-Cu材料合金组织与阻尼性能的影响，揭示阻尼性能与材料显微组织之间的关系，以期为开发出具有较高阻尼性能的车用减震材料提供技术参考。

1 试验材料与工艺

1.1 试验工艺流程

本试验具体的工艺流程如图1所示。

图1 试验流程图

1.2 材料成分

试验用Mn-Cu合金材料的化学成分如表1所示。

表1 试验用Mn-Cu合金材料的化学成分 wt%

1.3 热处理工艺

试样尺寸为30 mm×10 mm×2 mm，从Mn-Cu轧制板材上采用线切割方法截取。对试样进行热处理，其工艺如表2所示。

表2 试验热处理工艺

其中对第2类试样再进行时效处理，温度为425 ℃，分别保温4 h，8 h，12 h，16 h后炉冷至室温。热处理后的试样通过线切割加工制备阻尼测试片，尺寸为30 mm×5 mm×1 mm。

1.4 分析测试

阻尼测试片经砂纸打磨和清洗吹干后，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、动态机械热分析仪等进行性能测试和分析。试验中各工序所使用的设备及型号见表3。

表3 试验设备总表一览

2 结果与分析

2.1 X射线分析

对轧制态、热处理炉冷和热处理水冷试样进行X射线分析，结果如图2所示。原料轧制态试样为面心立方结构的单相，衍射峰出现在(111)(200)(220)(311)(222)晶面。经热处理后，水冷试样(222)晶面的衍射峰基本消失，炉冷试样(222)晶面的衍射峰完全消失，说明进行热处理能明显降低轧制态原料板材的畸变，炉冷相对水冷而言冷却速度较慢，消除畸变的效果更好。同时，水冷试样的衍射峰相对炉冷明显往左侧偏移，这是由于冷却速度较快产生的晶格畸变导致的[5]。

图2 轧制态、热处理炉冷和热处理水冷试样的X射线分析

热处理水冷和水冷后时效处理试样的X射线衍射分析结果如图3所示。

图3 热处理水冷和水冷后时效处理试样的物相分析

和图2作对比，可以发现不同时间时效处理试样的衍射峰没有明显变化，说明时效处理没有产生第二相。

2.2 微观组织分析

轧制态、热处理炉冷和热处理水冷试样的微观组织如图4所示。轧制态试样图4(a)中的显微组织为典型轧制板材的显微形貌，轧制方向存在明显的晶粒破碎现象，晶粒尺寸分布差异非常大；热处理炉冷试样图4(b)中为单一亚稳γ相，晶界不明显；热处理水冷试样4(c)也基本为单一相，但是晶界明显，有细小晶粒，存在少量孪晶，可能是由于水冷速度较快，细小晶粒得以保留。

(a)轧制态

热处理水冷、水冷后时效处理4 h，8 h，16 h试样的微观组织如图5所示。所有试样的微观结构基本相似，不同的是晶粒尺寸有所不同，随着时效处理时间的增加，晶粒尺寸逐渐增大，晶粒尺寸如表4所示。Mn的集聚现象在时效处理8 h和16 h后逐渐明显，已经有了集聚Mn凸起。

(a)热处理水冷

表4 热处理水冷、水冷后时效处理4 h，8 h，16 h试样的晶粒尺寸 μm

2.3 阻尼性能分析

轧制态、热处理炉冷和热处理水冷试样的阻尼性能测试结果如图6所示。三种试样的阻尼值随应变振幅变化规律相同，都是随着应变振幅的增加而增大，且都是轧制态试样最大，炉冷次之，水冷最小。在较低应变振幅下，三者的阻尼值差距不大，随着应变振幅的加大，阻尼值差距逐渐拉大，特别是轧制态试样，阻尼值要明显高于其他两种试样。

图6 轧制态、热处理炉冷和热处理水冷试样的阻尼值随应变振幅的变化曲线

热处理水冷、水冷后时效处理4 h，8 h，12 h，16 h试样的阻尼性能如图7所示。所有试样的阻尼值随应变振幅变化规律相同，都是随着应变振幅的增加而增大。在相同应变振幅下，经时效处理的试样阻尼值明显高于热处理水冷试样，且随着应变振幅的增大阻尼值差距不断加大。相同热处理工艺制备的试样，时效处理时间不同，阻尼性能也不同，其中时效处理8 h试样的阻尼性能要高于其他时效处理试样，可见并不是时效处理时间越长越好，虽然时效处理时间越长晶粒尺寸越大，晶界密度降低，阻尼性能会有所增加，但是从前文的微观组织分析发现，时效处理12 h和16 h后，已经发生了明显的Mn偏聚，反而会降低阻尼性能[6-7]。

图7 热处理水冷、水冷后时效4 h，8 h，12 h，16 h试样的阻尼值随着应变振幅的变化曲线

3 结论

本文以Mu-Cu合金为研究对象，研究了热处理工艺对合金组织和性能的影响，以期研发一种性能更为优良的车用减震板。试验发现：

(1)经热处理和时效处理后，Mn-Cu合金中的(222)晶面的衍射峰基本消失，时效处理后试样和未经时效处理试样衍射峰相近，时效处理未产生新相。

(2)时效处理过程中，随着时效处理时间增加，Mn-Cu合金试样晶粒尺寸增大，且时效处理12 h和16 h后出现了明显的Mn偏聚。

(3)时效处理可以明显提高Mn-Cu合金的阻尼性能，其中时效处理时间为8 h可以获得最佳阻尼性能。