CN112375953A - 一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质高强合金及其制备方法 - Google Patents

一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质高强合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种Fe‑Mn‑Al‑C‑M多主元轻质高强合金及其制备方法,属于金属材料及其制备领域。本发明所述合金的化学成分(原子百分比)为：Fe34.0～38.0％，Mn31～37％，Al21.0～23.0％，C3.5～5.0％，M为Cr、Ti、V、Si和N中的一种或几种，且Cr0～10％；Ti0～1.5％,V0～1.5％，Si0～2％，N0～1.7％。制备工艺包括：使用真空电弧炉或感应电炉熔炼合金，获得合金坯料；加热到1100～1200℃，保温时间1～4h，炉冷或空冷，进行均匀化热处理；加热到1000～1100℃，保温0.5～4h，水冷或空冷，进行固溶处理；组织为奥氏体基体或者奥氏体+铁素体双相，通过热处理可以析出Cr、Ti、V等元素的碳化物。该发明合金具有低密度，减重效果显著，同时具有优良的综合力学性能，实现强度与塑性的良好匹配，并且合金成本低，适用于交通、机械和能源等工业领域。

Description

一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质高强合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多主元轻质高强合金及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。
背景技术
钢铁材料具有良好的力学性能，高成形性和可再循环能力，同时成本低廉，这些特点使其在汽车、建筑、石化、军工等领域有着广泛的应用。随着工业技术的不断发展，对材料的要求日益严格，发展高性能新材料势在必行。其中最常见的思路就是在传统材料的基础上改良，从而进一步提升材料的综合性能。从传统意义来看，先进钢的高强度特性一直是试图通过提高钢的强度来实现的，这时往往并不重视钢铁材料的密度。而降低材料密度，以使工业设备减重是实现节能减排的重要思路。以汽车工业为例，减少汽车重量能有效地降低油耗，有利于可持续性发展。钢铁材料只需降低10％的密度就能够显著提高在工业领域应用中的优越性与竞争力。传统钢铁材料密度虽然高于镁合金与铝合金等结构材料，但成本低廉。所以，开发集低密度与高强度性能于一身的铁基合金具有研究意义。
既能提高强度又降低密度的方法是在Fe-Mn-C基合金体系中添加轻质元素，比如铝元素，以此构成Fe-Mn-Al-C低密度钢这一体系。目前能够工程化应用的Fe-Mn-Al-C基低密度钢成分设计还是以Fe为主组元，Mn和Al降低密度的元素使用。Al和Mn含量分别控制在20at％和30at％以下，Fe含量作为主组元一般均在50％左右。该合金系的密度可降低至7g/cm3，比传统合金钢密度降低10％左右。如何进一步降低合金的密度，以进一步达到降低构件的目的，尚需采用新的合金成分设计方法。
近年来，采用多主元成分设计思路发展新型材料引起了人们越来越多关注。高熵合金和中熵合金就是这一思路的典型例证。高熵和中熵合金的特征是按照形成固溶体的构型熵来划分，高熵合金的构型熵，ΔSmix>1.6R(R为气体常数)，中熵合金的构型熵为1.1R<ΔSmix<1.6R。高熵和中熵合金在组元数一般是大于等于5和3。高熵、中熵合金等多主元合金，因其表现出优异性能，而得到广泛研究。例如，FeCoCrNiMn系高熵合金在低温下具有很好的力学性能，AlCoCrCuFeNi系高熵合金可以获得较高的强度和耐腐蚀性，NbMoTaW系高熵合金具有优异的耐高温性能。尽管高熵、中熵合金已经得到普遍关注，但是能够获得工程化应用的合金的数量还较少，特别是能够实现高强度高塑性与低密度匹配的合金更少。目前采用多主元思路设计高强度低密度Fe-Mn-Al-C-M(M＝Ti,V,Cr,N,Si)中熵合金还没有见到报道。
发明内容
本发明的目的在于采用多主元合金成分设计思路，解决现有低密度Fe-Mn-C钢合金仍然存在的密度偏高的问题，提出合金进一步强化的思路和方法，同时为了有利于合金的工程化应用，不采用贵金属元素，提供一种低成本轻质高强多主元Fe-Mn-Al-C-M合金及其制备方法。该合金的成分特征总体上有三个方面：一是Fe、Mn和Al的含量接近，是一种多主元合金，而不同于以往以Fe为主组元的传统低密度钢；二是通过进一步Mn、Al和C的含量，使合金的密度大幅度降低，合金的密度最低可达6.28g/cm3，比普通合金钢的密度降低了约20％；三是通过Ti,V,Cr,N,Si元素加入，进一步提高合金的强度。在合金成分确定以后，配合合适的熔炼和热处理工艺。因此，本发明解决的关键技术是新型轻质高强的合金成分设计与制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比为：Fe34.0～38.0％，Mn31～37％，Al21.0～23.0％；C3.5～5.0％，M0.25～10；M为Cr、Ti、V、Si、N中的一种或几种，且Cr0～6％；Ti0～1.5％,V0～1.5％，N0～1.7％，Si0～2％。
进一步地，合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～36.5％，Mn31～34.5％，Al22.5％；
C4.3％，Cr2～6％。
进一步地，合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.5％，Mn34.5～36.3％，Al22.5％；C4.3％，Ti0.25～1％。
进一步地，合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn34～36％，Al22.5％；C4.5％，Ti0.75％，V0.1～1％。
进一步地，合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn31～35％，Al22.5％；C3.7％，Cr4％，N0.3～1.7％。
进一步地，合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn31～35％，Al21.9％；C4.1％，Cr3.1％，N1.7％，Si0.2％。
如上所述Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯度为99.9％以上的冶金原料Fe、Mn、Al、Cr、Ti、V、C、Si和氮化铬铁,采用机械打磨或酸洗去除原料金属的表面氧化皮，供配置合金使用；
2)按摩尔比转化为质量比精确称量配比，Mn原料另增加5％质量以补偿熔炼损耗，然后用无水乙醇超声波震荡清洗原料；
3)将合金进行熔炼，把熔化的合金熔体吸铸或浇铸到模具中，获得多主元轻质合金板状或棒状材料；
4)将多主元轻质合金板状或棒状样品，进行均匀化和固溶处理。
进一步地，Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的熔炼为真空非自耗电弧炉熔炼，真空度数值低于5×10-2MPa，充入氩气至炉内气压达到0.05MPa；熔炼电流为100～250A，电弧保持时间为1～3min，翻转重复熔炼至少4次以上，以使合金锭成分均匀。
进一步地，Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的熔炼还可采用感应熔炼，感应加热频率为中频或高频，熔炼环境为大气，熔化温度为1450℃至1550℃。
进一步地，Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于所述的均匀化热处理工艺为：保温温度为1100～1200℃，保温时间1～4h。
进一步地，Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于所述的固溶热处理工艺为：加热温度为1000～1100℃，保温0.5～4h，然后水淬
本发明合金在成分设计时综合考虑了添加元素对合金的密度、力学性能、热加工性能以及成本的影响，具体考虑因素如下：
Mn：在钢中是形成γ相的主要元素，Mn与Fe形成的γ相区随着Mn的提高而增大，在1000℃下，Mn在γ相的固溶度可达到70at％。从降低密度的角度来考虑，合金中加入1wt％Mn可使其密度下降0.0085g/cm3，取得约0.1％的减重效果。所以，为了使合金具有良好的塑性和低的密度，合金中的Mn应足够高。综合考虑合金的力学性能和密度，Mn含量为Mn31.0～37.0％。
Al：在Fe-Al二元系中，Al是促进α-Fe形成元素。同时，当Al的含量超过一定限度后，还形成了Fe3Al和FeAl相。从Al-Mn二元系相图看，Al在高温区存在一个面心立方的γ相区，该相区的Mn含量34.5～59.5％。Al又是有效降低密度的元素，每添加1wt％％的Al，合金的密度下降0.101g/cm3，可减重约1.3％。综合考虑Al与Fe、Mn的交互作用，在兼顾力学性能和密度情况下，Al的含量为Al21.0～23.0％。
C：C是钢中最重要的强化元素，也是降低密度的元素。C是扩大奥氏体元素，但是C含量过高，会在晶界上形成连续、网状分布的碳化物，不利于合金力学性能的提高。C在γ-Mn中的固溶度为16％，同时，每添加1wt％％的C，合金的密度下降0.41g/cm3，可减重约5.2％。因此，综合考虑力学性能和密度，C含量为C3.5～5.5％。
Ti、V：在本发明合金中，Ti和V的作用主要是形成MC型化合物，提高合金的强度。但是Ti和V的过量添加会导致晶界化合物形成。在本发明合金中，Ti、V含量控制在Ti0～1.5％,V0～1.5％。
Cr：在高温条件下，Cr在α-Fe和γ-Fe中可形成连续固溶体，但在Mn固溶度很小，形成脆性化合物。在本合金中，适量Cr的添加，可以起到固溶强化作用，Cr与C可形成碳化物，进一步提高强度。同时，固溶到Fe中的Cr还可以起到提高抗腐蚀的作用。在本发明合金中，Cr的含量控制在10％以下。
Si：在α-Fe中的固溶度最高可达20％，可起到固溶强化的作用，同时，固溶到Fe中的Si还可以起到提高抗腐蚀的作用。在本发明合金中，Si的含量控制在2％以下。
N：N在钢中是扩大奥氏体形成元素，在Mn中也有很大的固溶度，因此N的添加有利于增大奥氏体形成倾向，在本发明中，N的加入范围控制在1.7at％以下。
本发明的有益效果如下：
1)该合金基于多主元成分设计思路，显著降低了合金低密度，比通常合金钢的密度降低了20％左右。特别适用于交通、机械和能源等工业领域。特别是对汽车、轮船和燃气轮机等需要消耗能源的设备和装置，该合金的使用将会使设备减重，从而进一步降低能源消耗。
2)该合金中Mn、C、N含量高，促进了奥氏体的形成，并且起到固溶强化作用，因此合金是以奥氏体为基体组织，可实现高强度和高塑性的匹配。
3)Ti、V和Cr等元素的加入，促进了固溶强化作用，还可以形成铁素体相强化基体。通过合理的热处理工艺，可进一步析出碳化物，使合金进一步强化。
4)在合金中，无贵金属元素，与现有的高熵合金和中熵合金相比，合金的成本大大降低。
附图说明
图1是实施例5成分FC2合金铸态及固溶态的X射线衍射图；
图2是实施例15成分FTV2合金固溶态的扫描电镜组织；
图3是实施例5成分FC2合金固溶态的室温力学性能曲线；
图4是实施例15成分FTV2合金固溶态的室温力学性能曲线。
具体实施方式
表一所示为实施例的合金成分。需要指出的是，以下所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域其他技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
合金制备：按照表一中的1～19号合金所示成分制备。(1)将纯度99.9％以上的冶金原料Fe、Mn、Al、C、Ti、V、Cr、Si和氮化铬铁，使用机械打磨或酸洗去除原料金属的表面氧化皮；(2)转化为质量比精确称量配比，Mn原料另增加5％质量以补偿熔炼损耗，用无水乙醇超声波震荡清洗原料；(3)使用真空非自耗电弧炉熔炼合金，真空度数值低于5×10-3MPa，充入高纯氩气至炉内气压达到0.05MPa；(4)熔炼电流为100～250A，电弧保持时间为1～3min，翻转重复熔炼至少4次以上，以使合金锭成分均匀；(5)将母合金锭使用真空吸铸设备，吸铸到水冷铜模中，获得10mm厚的板状样品。
热处理工艺：将10mm厚的板状样品，在1150℃保温1～2h，进行均匀化处理，然后进行固溶处理，1100℃保温0.5～2h，水淬，冷却至室温。
表一实施例合金成分(at％)
序号 代码 Fe Mn Al C Ti Cr N V Si
1 FT1 36.45 36.3 22.5 4.5 0.25 - - - -
2 FT2 36.65 35.8 22.5 4.5 0.75 - - - -
3 FT3 36.5 35.5 22.5 4.5 1 - - - -
4 FC1 36.7 32.5 22.5 4.3 - 4 - - -
5 FC2 36.7 30.5 22.5 4.3 - 6 - - -
7 FC3 36.7 28.5 22.5 4.3 - 8 - - -
8 FCN1 36.7 32.5 22.5 4.3 - 4 0.3 - -
9 FCN2 36.7 32.5 22.5 4 - 4 0.6 - -
10 FCN3 36.7 32.5 22.5 3.7 - 4 0.9 - -
11 FCN4 36.7 32.5 22.2 4.3 - 4 0.3 - -
12 FCN5 36.7 32.5 21.9 4.3 - 4 0.6 - -
13 FCN6 36.7 32.5 21.6 4.3 - 4 0.9
14 FTV1 36.5 35.25 22.5 4.5 0.75 - - 0.5 -
15 FTV2 36.5 34.75 22.5 4.5 0.75 - - 1 -
16 FTCV1 36.5 32.75 22.5 4.5 0.75 2 - 1 -
17 FCNS1 36.1 35.89 22.77 4.26 - 0.62 0.33 - 0.03
18 FCNS2 35.55 35.35 22.43 4.21 - 1.55 0.83 - 0.08
19 FCNS3 34.66 34.44 21.88 4.11 - 3.08 1.66 - 0.17
密度测量：合金样品密度的测定采用阿基米德排水法，使用设备是YTN-100L密度计，测试之前将样品表面的氧化皮打磨掉，超声清洗，吹干，测量至少5次取平均值，得到实测密度值。实施例合金以及部分参考合金的实测密度值列在表二中。
相结构分析：采用D/max-2500/PC型X射线衍射仪对合金相结构进行测试。如图1所示为FC2合金铸态及固溶态的XRD曲线，固溶处理工艺为1100℃保温1h水淬，相结构主要为γ相和α相，铸态下有Cr7C3的峰出现，经固溶后回溶。
组织观察：采用SUPRA55热场发射扫描电子显微镜对组织进行观察分析。如图2所示为FTV2合金的经1100℃保温1h固溶处理的SEM组织。组织以γ相为基体，使合金具有高塑性；有少量α相，强化基体，提高合金的强度；基体上弥散分布的细小颗粒物，为(Ti,V)C碳化物，进一步提高合金的强度。
力学性能测试：拉伸试验采用标距15mm、截面2mm×3mm的板状试样，在CMT4305型电子万能试验机上进行室温拉伸性能测试，拉伸速率为1×10-3s-1，至少选取3个样品进行测试，得到工程应力应变曲线。作为实施例，图3和图4分别为FC2和FTV2合金的工程应力应变曲线，FC2合金的抗拉强度为773.5MPa，屈服强度为595.7MPa，延伸率为5.5％，FTV2合金的抗拉强度为803.8MPa，屈服强度为504.7MPa，延伸率为21.8％。所有实施例合金的密度、抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标，如表二所示。
表二实施例合金的密度和力学性能测试结果
Figure BDA0002729523690000061

Claims (10)

1.一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比为：Fe34.0～38.0％，Mn31～37％，Al21.0～23.0％，C3.5～5.0％，M0.25～10％，M为Cr、Ti、V、Si、N中的一种或几种，且Cr0～10％；Ti0～1.5％,V0～1.5％，Si0～2％，N0～1.7％。
2.如权利要求1所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～36.5％，Mn31～34.5％，Al22.5％；C4.3％，Cr2～6％。
3.如权利要求1所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.5％，Mn34.5～36.3％，Al22.5％；C4.5％，Ti0.25～1％。
4.如权利要求1所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn34～36％，Al22.5％；C4.5％，Ti0.75％，V0.1～1％。
5.如权利要求1所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn31～35％，Al22.5％；C3.7％，Cr4％，N0.3～0.9％。
6.如权利要求1所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比优选范围为：Fe34.0～37.0％，Mn31～35％，Al21.9％；C4.1％，Cr3.1％，N1.7％，Si0.2％。
7.如权利要求1-6所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：
1)将纯度为99.9％以上的冶金原料Fe、Mn、Al、Cr、Ti、V、C、Si和氮化铬铁,采用机械打磨或酸洗去除原料金属的表面氧化皮，供配置合金使用；
2)按摩尔比转化为质量比精确称量配比，Mn原料另增加5％质量以补偿熔炼损耗，然后用无水乙醇超声波震荡清洗原料；
3)将合金进行熔炼，把熔化的合金熔体吸铸或浇铸到模具中，获得多主元轻质合金板状或棒状材料；
4)将多主元轻质合金板状或棒状样品，进行均匀化和固溶处理。
8.如权利要求7所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于所述的熔炼为真空非自耗电弧熔炼，真空度数值低于5×10-3MPa，充入氩气至炉内气压达到0.05MPa；熔炼电流为100～250A，电弧保持时间为1～3min，翻转重复熔炼至少4次以上，以使合金锭成分均匀。
9.如权利要求8所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于所述的熔炼为感应熔炼，感应加热频率为中频或高频，熔炼环境为大气，熔化温度为1450℃至1550℃。
10.如权利要求8所述一种Fe-Mn-Al-C-M多主元轻质合金的制备方法，其特征在于所述的均匀化热处理工艺为：保温温度为1100～1200℃，保温时间1～4h；所述的固溶热处理工艺为：加热温度为1000～1100℃，保温0.5～4h，然后水淬。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113373383A (zh) * 2021-03-31 2021-09-10 西安建筑科技大学 一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法
CN114180970A (zh) * 2021-05-21 2022-03-15 北京航空航天大学 含氮中熵或高熵max相材料及其制备方法和应用
TWI760241B (zh) * 2021-05-31 2022-04-01 國立臺灣大學 多性能中熵輕量鋼及其製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079513A (zh) * 1991-12-30 1993-12-15 浦项综合制铁株式会社 具有优越成型性、强度及焊接性的奥氏体高锰钢及其制造工艺
EP2952608A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-09 Apogean Metal Incorporation Fe-Mn-Al-C alloy and method for manufacturing the same
CN107841691A (zh) * 2017-10-25 2018-03-27 河北工业大学 一种750MPa级超高强度Fe‑Mn‑Al‑C系轻质铸钢及其制备方法
CN108642403A (zh) * 2018-05-28 2018-10-12 河北工业大学 一种780MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系轻质铸钢及其制备方法
CN111676409A (zh) * 2020-06-11 2020-09-18 北京科技大学 一种低密度低成本Fe-Mn-Al-C中熵合金的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079513A (zh) * 1991-12-30 1993-12-15 浦项综合制铁株式会社 具有优越成型性、强度及焊接性的奥氏体高锰钢及其制造工艺
EP2952608A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-09 Apogean Metal Incorporation Fe-Mn-Al-C alloy and method for manufacturing the same
CN107841691A (zh) * 2017-10-25 2018-03-27 河北工业大学 一种750MPa级超高强度Fe‑Mn‑Al‑C系轻质铸钢及其制备方法
CN108642403A (zh) * 2018-05-28 2018-10-12 河北工业大学 一种780MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系轻质铸钢及其制备方法
CN111676409A (zh) * 2020-06-11 2020-09-18 北京科技大学 一种低密度低成本Fe-Mn-Al-C中熵合金的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐荻 等: "《汽车用先进高强板带钢》", 31 October 2016, 冶金工业出版社 *
朱志强 等: "《钢分析化学与物理检测》", 30 June 2013, 冶金工业出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113373383A (zh) * 2021-03-31 2021-09-10 西安建筑科技大学 一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法
CN114180970A (zh) * 2021-05-21 2022-03-15 北京航空航天大学 含氮中熵或高熵max相材料及其制备方法和应用
CN114180970B (zh) * 2021-05-21 2023-06-02 北京航空航天大学 含氮中熵或高熵max相材料及其制备方法和应用
TWI760241B (zh) * 2021-05-31 2022-04-01 國立臺灣大學 多性能中熵輕量鋼及其製造方法

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