CN107829008A - 一种细小均匀分布的bcc+b2双相合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种细小均匀分布的BCC+B2双相合金及其制备方法,合金的成分范围为：Al：15～25at.％,Cr：15～25at.％，Fe：30～50at.％,和Ni：10～30at.％。采用氩气保护下的电弧熔炼均匀后获得单相合金，然后在真空或保护气氛下于700～850℃退火10～40天后取出冷却，获得的合金由B2和BCC两相组成，且合金显微组织致密，具有高强度与高硬度，是一种极具应用前景的高强度高硬度合金材料。

Description

一种细小均匀分布的BCC+B2双相合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种细小均匀分布的BCC+B2双相合金及其制备方法。
背景技术
在传统金属材料中，材料的强度、硬度与延展性常常不能同时兼顾，多年来，广大科研工作者致力于开发具有高强度与延展性好的合金材料，其中通过弥散的第二相粒子阻碍位错移动来提高屈服强度,是最常见的强化方法之一。与其它强化方法相比，第二相强化对屈服强度的增强效果更为显著，且工艺流程简单。该方法产生高强度的关键是在保证第二相与基体形成良好界面的基础上，通过热动力学优化控制第二相的分布形态、体积分数以及与基体的匹配关系。因此寻求与基体力学性能匹配且可形成低能相界面的强化相是一种可行性方法，该方法一方面可降低析出相形核势垒以获得细小、高密度的析出；另一方面有利于降低两相机械性能对比从而降低局部应力集中。
传统马氏体钢的强化机理表现出一定的局限性。一方面，主要的强化相通常与基体晶体结构存在巨大差异，从而导致形核势垒高,使析出相主要借助于缺陷形核并沿低错配度方向长大，因而粒子易粗化；另一方面，加大过饱和度或多相复合强化的方式进一步提高强度往往会促进不均匀析出；其次，峰值时效时,马氏体时效钢中析出的半共格粒子会产生大的共格应力,可以显著阻碍位错移动,从而大幅度提高材料的强度，但也不可避免地促进了裂纹在界面附近的过早萌生,从而限制了材料的韧塑性。而在超高强马氏体时效钢中，金属间化合物在超低碳马氏体基体上通过时效析出而大量均匀弥散分布，因此该材料不仅高强高韧,而且具有良好的成型性及焊接性。基于以上分析可得出，致密且分布均匀的第二相有利于提高材料的性能。
影响第二相形态及分布的因素有：合金成分及时效工艺。有报道表明Al和Ti含量影响着第二相的析出行为，在TA30和TA06合金中添加Al元素，通过700℃，80h的时效退火后，组织中均出现了一些细小的析出相，但析出相情况不理想。当同时添加Ti和Al时，在1000℃，2h再结晶退火与800℃，18h时效退火条件下，当x+y>6时，基体中析出了大量L21结构的脆性金属间化合物Ni2AlTi,是一种典型的有害相,当x+y<6时，在TA14合金，其组织中析出的Ni2AlTi减少，同时，在其晶内区域中观察到少量的纳米L12结构相析出。
时效处理是调节析出相种类、尺寸及分布的有效手段。时效温度为700℃时,TA24合金中的γ′析出相呈现出两种形态：一种是弥散在晶内的纳米级球形颗粒，一种是晶界附近的短棒状颗粒。当时效温度上升到800℃时，其组织内的γ′球形纳米颗粒非常均匀弥散,体积分数也较大。但是，Ni2AlTi相也开始在晶界甚至晶内大量析出，随着温度进一步升高至900℃时γ′相基本消失，取而代之的是粗大的条状Ni2AlTi相。与时效温度相比，时效时间基本不会影响析出相的种类，更多的是影响析出相的尺寸。当时效温度为800℃时，时效1h后，基体中γ′及Heusler相均开始析出。随着时效时间持续增加到48h，2种析出相的尺寸及数量都明显增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种具有细小均匀分布BCC+B2双相结构，且具有高强度高硬度的合金及其制备的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种细小均匀分布的BCC+B2双相合金，所述合金的组分和质量百分比分别为：Al:15～25at.％，Cr:15～25at.％，Fe：30～50at.％,Ni:10～30at.％。
一种上述双相合金的制备方法，具有如下步骤：
a、根据权利要求1中的组分配比，采用上述纯度为99.9％以上的金属作为原料配制样品；
b、将步骤a中的配料置于磁控电弧炉中，抽真空三遍，于氩气气氛中熔炼合金至均匀，最后将合金逐个吸铸，获得单相合金；
c、将吸铸完成的合金在真空或保护气氛下置于温度为700～850℃的管式炉中退火保温10～40天。
d、将上述合金取出冷却至室温，即得到显微组织致密、以BCC+B2双相为主的具有高硬度高强度力学性能的合金。
本发明的有益效果是：本发明所述的合金，具有精细致密的BCC+B2双相结构，具有高硬度、极好的压缩强度和延展性、耐高温性等优异的综合性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为实施例1中所得合金吸铸后的扫描电镜图片。
图2为实施例1中所得合金于800℃退火处理30天的扫描电镜图片。
图3为实施例2中所得合金吸铸后的扫描电镜图片。
图4为实施例2中所得合金于800℃退火处理30天的扫描电镜图片。
图5为实施例3中所得合金吸铸后的扫描电镜图片。
图6为实施例3中所得合金于800℃退火处理30天的扫描电镜图片。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
首先准备纯度为99.99％的原材料，配制成分为20at.％Al、20at.％Cr、44at.％Fe和16at.％Ni，合金共10g，然后将原料置于真空磁控电弧炉中熔炼3遍后吸铸成片状，形成具有设计成分的单相合金，其显微组织如图1所示。然后将片状样品置于石英管中并在真空下密封；随后放入温度为800℃的管式炉中进行退火处理，保温30天后取出合金放入水中淬冷，获得的合金组织如图2所示，从图2中可以看出，该合金明显由两相组成，具有精细致密的组织结构。经XRD分析证实，该两相为BCC和B2，即退火后在基体BCC相中析出颗粒极细的B2相，且两相的尺寸均在1μm以下。经测试，该合金的硬度为367.6HV。
实施例2
同实施例1基本相同，不同之处在于合金成分：20at.％Al,20at.％Cr,36at.％Fe和24at.％Ni，熔炼吸铸后的显微组织如图3所示。SEM背散射图表明该合金在吸铸后为单相合金；密封于真空石英管中退火处理30天后的合金组织如图4所示。与实施例1相比，当固定Al和Cr含量不变，Fe含量减少，Ni含量增加时，合金中B2相颗粒为1μm左右，但B2相依旧是均匀分布在BCC相中形成致密结构。经测试，该合金的硬度为387.2HV。
实施例3
同实施例1基本相同，不同之处在于合金成分：25at.％Al，20at.％Cr，31at.％Fe和24at.％Ni，熔炼吸铸后的显微组织如图5所示，SEM背散射图表明该合金为单相合金；密封于真空石英管中退火处理30天后的合金组织如图6所示，经XRD分析图中两相为BCC与B2，其中深色相为B2。与实例2相比，其组织结构基本相同，合金中B2相的尺寸为1μm左右。经测试，该合金的硬度为415.4HV。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种细小均匀分布的BCC+B2双相合金，其特征是：所述合金的组分和质量百分比分别为：Al:15～25at.％，Cr:15～25at.％，Fe：30～50at.％,Ni:10～30at.％。
2.一种权利要求1所述双相合金的制备方法，其特征在于，具有如下步骤：
a、根据权利要求1中的组分配比，采用上述纯度为99.9％以上的金属作为原料配制样品；
b、将步骤a中的配料置于磁控电弧炉中，抽真空三遍，于氩气气氛中熔炼合金至均匀，最后将合金逐个吸铸，获得单相合金；
c、将吸铸完成的合金在真空或保护气氛下置于温度为700～850℃的管式炉中退火保温10～40天。
d、将上述合金取出冷却至室温，即得到显微组织致密、以BCC+B2双相为主的具有高硬度高强度力学性能的合金。
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