CN110218929A - 一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法 - Google Patents

一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法 Download PDF

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李安敏
徐浩
黄卓昉
吴忠伯
凌国平
周美华
孔德明
徐飞
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    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working

Abstract

本发明公开了一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法，按照合金元素摩尔比为Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶0.005～0.01∶0.0002～0.001的配比；采用磁悬浮真空熔炼炉进行熔炼和锻造，锻造后在空气中自然冷却。本发明通过加入微量的C元素与La元素，采用磁悬浮真空熔炼技术制备FeMnNiCoCr高熵合金，利用固溶强化、锻造、细化晶粒等方法强韧化FeMnNiCoCr高熵合金，使高熵合金在保持较高的抗拉强度的前提下具有较大的塑性，有望推动高熵合金在实际生产中的进一步发展，利于工业规模化生产。

Description

一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法。
技术背景
高熵合金是有五个或五个以上的主元、每种主元的含量为5％～35％的一类新型合金，具有高强度、高硬度，良好的耐磨性、耐腐蚀性与抗疲劳性，优异的低温和高温力学性能，潜在的软磁学性能等优于传统合金的性能。
运用磁悬浮真空熔炼法制备的大尺寸FeMnNiCoCr铸态高熵合金具有较好的塑性、较低的抗拉强度与硬度的特点，通过加工硬化可以提高合金的抗拉强度与硬度，但其塑性大幅度降低，如何在提高或者不大幅度降低合金的抗拉强度的前提下保持合金良好的塑性，这是当下急需解决的问题，所以发展制备具有高强度同时具有良好塑性的FeMnNiCoCr高熵合金成为当前研究的热点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法。
本发明的技术方案为：一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金，其合金元素摩尔比为：Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶0.005～0.01∶0.0002～0.001。
一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法，包括以下步骤：
(1)配料；按照合金元素摩尔比为Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶0.005～0.01∶0.0002～0.001的配比称取各元素，其中C、La是以Fe-C、Fe-La中间合金的形式进行配料；
(2)熔炼；将配好的原料放入磁悬浮真空熔炼炉内，设置好参数，对原料进行熔炼，熔炼结束后进行空冷处理，温度每两秒钟降低3～5℃，得到铸态合金；
(3)锻造；对铸态合金进行锻造，锻造温度为1000～1200℃，锻造采用三向锻造，锻造后在空气中自然冷却。
进一步地，所述步骤(1)中的Fe、Mn、Ni、Co和Cr金属原料的纯度均在99.5％以上。
进一步地，所述步骤(2)中的磁悬浮真空熔炼炉设置参数为：熔炼温度为1200～1500℃，熔炼时间为5～20min。
本发明的有益效果是：
1、通常情况下，强化合金的方法虽然提高了合金的强度，但其塑性会降低，高熵合金也不例外。虽然加工硬化可以提高铸态高熵合金的抗拉强度，但其塑性大幅度降低，这会限制高熵合金的应用。本发明通过加入微量的C元素与La元素，使碳在合金中起固溶强化，La起净化合金、细化晶粒的作用，采用磁悬浮真空熔炼技术制备FeMnNiCoCr高熵合金，利用固溶强化、锻造、细化晶粒等方法强韧化FeMnNiCoCr高熵合金，使合金具有较高的抗拉强度与塑性，在基本保持未添加C元素与La元素的FeMnNiCoCr高熵合金的抗拉强度的前提下，延伸率提高了132％，具有较好的综合力学性能。
2、本发明可以制备大尺寸的高熵合金，而现有技术制备的高熵合金的尺寸是十分有限的，因此本发明有望推动高熵合金在实际生产中的进一步发展，利于工业规模化生产。
附图说明
图1为本发明方法制备的高熵合金的应力-应变曲线图。
图2为本发明方法制备的高熵合金的拉伸断口形貌图。
具体实施方式
实施例1
一种FeMnNiCoCr高熵合金性能的方法，包括以下步骤：
1、配料；按照等摩尔比为1：1：1：1：1称取铁、锰、镍、钴和铬金属，进行原料配制；
2、熔炼；将配好的原料放入磁悬浮真空熔炼炉内，熔炼温度为1350℃，熔炼时间为10分钟，熔炼结束后进行空冷处理，温度每两秒钟降低3～5℃，得到铸态合金；
3、锻造；对铸态合金进行锻造，锻造温度为1160℃，锻造采用三向锻造，锻造后在空气中自然冷却；得到FeMnNiCoCr高熵合金。
实施例2
一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金性能的方法，包括以下步骤：
1、配料；按照元素的摩尔比为Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1∶1∶1∶1∶1∶0.007∶0.0004的配比称取各元素，其中C、La是以Fe-C、Fe-La中间合金的形式进行配料；
2、熔炼；将配好的原料放入磁悬浮真空熔炼炉内，熔炼温度为1350℃，熔炼时间为10分钟，熔炼结束后进行空冷处理，温度每两秒钟降低3～5℃，得到铸态高熵合金；
3、锻造；对铸态合金进行锻造，锻造温度为1160℃，锻造采用三向锻造，锻造后在空气中自然冷却；得到本发明的FeMnNiCoCr高熵合金。
实施例3
一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金性能的方法，包括以下步骤：
1、配料；按照元素的摩尔比为Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1∶1∶1∶1∶1∶0.007∶0.0004的配比称取各元素，其中C、La是以Fe-C、Fe-La中间合金的形式进行配料；
2、熔炼；将配好的原料放入磁悬浮真空熔炼炉内，熔炼温度为1350℃，熔炼时间为10分钟，熔炼结束后进行空冷处理，温度每两秒钟降低3～5℃，得到铸态高熵合金；
3、锻造；对铸态合金进行锻造，锻造温度为1160℃，锻造采用三向锻造，锻造后在空气中自然冷却；得到本发明的FeMnNiCoCr高熵合金。
4、退火：将锻造后的合金放入退火炉中进行退火处理，退火温度为200、600～1000℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却至室温，得到退火后的FeMnNiCoCr高熵合金。
将实施例1～实施例3制备的FeMnNiCoCr高熵合金分别进行常温拉伸性能测试，并对比分析。用线切割将合金加工成总长为50mm，标距长为18mm,标距段宽2mm、厚1.2mm的拉伸样，以1mm/min的速度进行拉伸；从表1和图1可以看出，添加C与La元素的FeMnNiCoCr高熵合金在基本保持未添加C元素与La元素的FeMnNiCoCr高熵合金的抗拉强度，但延伸率提高了132％，综合力学性能得到显著提高。而本发明的高熵合金经过不同温度的退火后，其抗拉强度与延伸率降低，表明本发明的高熵合金不需要退火，其具有较高的抗拉强度与延伸率，在生产中可以省略热处理工序，节省成本。
表1高熵合金的常温(25℃)拉伸性能数据
从图2可以看出本发明方法制备的高熵合金拉伸断口具有数量较多的较深的韧窝，说明断裂为典型的韧性断裂。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种强韧化FeMnNiCoCr高熵合金，其特征在于：所述强韧化FeMnNiCoCr高熵合金中的合金元素摩尔比为：Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶0.005～0.01∶0.0002～0.001。
2.一种根据权利要求1所述强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料；按照合金元素摩尔比为Fe∶Mn∶Ni∶Co∶Cr∶C∶La＝1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶1～1.5∶0.005～0.01∶0.0002～0.001的配比称取各元素，其中C、La是以Fe-C、Fe-La中间合金的形式进行配料；
(2)熔炼；将配好的原料放入磁悬浮真空熔炼炉内，设置好参数，对原料进行熔炼，熔炼结束后进行空冷处理，温度每两秒钟降低3～5℃，得到铸态合金；
(3)锻造；对铸态合金进行锻造，锻造温度为1000～1200℃，锻造采用三向锻造，锻造后在空气中自然冷却。
3.根据权利要求2所述的强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Fe、Mn、Ni、Co和Cr金属原料的纯度均在99.5％以上。
4.根据权利要求2所述的强韧化FeMnNiCoCr高熵合金的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的磁悬浮真空熔炼炉设置参数为：熔炼温度为1200～1500℃，熔炼时间为5～20min。
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