CN112522563B - 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法 - Google Patents

一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112522563B
CN112522563B CN202011197198.9A CN202011197198A CN112522563B CN 112522563 B CN112522563 B CN 112522563B CN 202011197198 A CN202011197198 A CN 202011197198A CN 112522563 B CN112522563 B CN 112522563B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
temperature
low
strength
entropy alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011197198.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112522563A (zh
Inventor
何建国
张明宇
王邃
江峰
何美荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Fulai Electrical Alloy Co ltd
Original Assignee
Xi'an Fulai Electrical Alloy Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Fulai Electrical Alloy Co ltd filed Critical Xi'an Fulai Electrical Alloy Co ltd
Priority to CN202011197198.9A priority Critical patent/CN112522563B/zh
Publication of CN112522563A publication Critical patent/CN112522563A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112522563B publication Critical patent/CN112522563B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/773—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material under reduced pressure or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C22/00—Alloys based on manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工发放，所述高熵合金的母合金分子式为(Fe40Mn40Co10Cr10)100‑x‑yCxTiy；其中，x为碳含量，0.6＜x≤0.8wt％；y为钛含量，1.4＜y≤2.4wt％；按照元素原子百分含量计，所述高熵合金的合金基体Fe40Mn40Co10Cr10中，Fe为35‑45％；Mn为35‑45％；Co为5‑15％；Cr为5‑15％。本发明低温高强高韧性的高熵合金，在Fe40Mn40Co10Cr10合金中引入一定含量的碳元素和钛元素，与基体形成间隙固溶体，一方面，可以有效降低材料的层错能，使得在低温条件下就可以诱发孪晶，另一方面，碳元素、钛元素可以通过固溶和析出碳化物、钛化物为基体提供额外的强度增量，有效提高材料的低温性能；钛元素作为良好的间隙原子以及钛的化合物作为有效的析出强化相，可以极大的提高材料在低温时的性能。

Description

一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法
【技术领域】
本发明属于领域，涉及一种方法，尤其是一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法。
【背景技术】
高熵合金是2004年由叶均蔚提出的以新的合金设计理念为基础的一类合金，这类合金一般含有五种及以上的合金元素(现在也有四种元素组成的)，每种元素含量均在5％以上，无明显优势元素，结构上一般为单相的FCC或者BCC，有时也出现混合结构。高熵合金因其强烈的固溶效应，具有较高的强度，热稳定性，耐磨性和耐腐蚀性能，自提出以来获得了广泛的关注和研究，被认为是一种潜在的结构材料。
但是部分高熵合金体系，如Fe40Mn40Co10Cr10，却表现出低温性能优良，室温强度有限的特点，限制了该类合金的实际使用。通过引入传统的材料强化手段，如析出强化和位错强化，虽然可以提高该部分高熵合金的室温强度，但却会引起其塑性的显著降低，因此，实际应用中常常需要在强度和塑性中进行平衡，极大的限制了高熵合金应用的拓展。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有技术中通过材料强化手段提高部分高熵合金体系室温强度的方法，会显著降低其塑性，极大限制了高熵合金应用拓展的问题，提供一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种低温高强高韧性的高熵合金，所述高熵合金的母合金分子式为(Fe40Mn40Co10Cr10)100-x-yCxTiy；
其中，x为碳含量，0.6＜x≤0.8wt％；y为钛含量，1.4＜y≤2.4wt％；
按照元素原子百分含量计，所述高熵合金的合金基体Fe40Mn40Co10Cr10中，Fe为35-45％；Mn为35-45％；Co为5-15％；Cr为5-15％。
本发明进一步的改进在于：
所述高熵合金的晶粒尺寸为50-250μm。
一种低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
S1，按照母合金(Fe40Mn40Co10Cr10)100-x-yCxTiy的名义成分配料并进行熔炼，得到铸态合金；
其中，x为碳含量，0.6＜x≤0.8wt％或0.4＜x≤0.7at％，
y为钛含量，0.4＜y≤2.0wt％或0.1＜y≤0.4at％；
S2，对所述铸态合金取样检测其均匀性和致密度，若均匀性符合材料化学成分偏差范围属于名义含量且致密度符合最终铸锭无缩孔疏松，则执行步骤S3；否则，执行步骤S4；
S3，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若均满足预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S4；
S4，对步骤S1得到的铸态合金进行均匀化退火；
S5，对经步骤S4处理的铸态合金进行镦拨处理；
S6，对经步骤S5处理的铸态合金进行低温锻造；
S7，检测经步骤S6处理的铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若满足与步骤S3相同的预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S8；
S8，对步骤S6低温锻造后的铸态合金进行热处理；
S9，检测经步骤S8处理的铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若满足与步骤S3相同的预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S10；
S10，判断步骤S1得到的铸态合金的碳含量和钛含量，若碳含量为0.6＜x≤0.8wt％，且钛含量为1.4≤y≤2.4wt％，则废弃该铸态合金；否则，重复执行步骤S3至步骤S10。
上述方法进一步的改进在于：
步骤S3中，所述预设要求具体为：低温抗拉强度为500-2000MPa，塑性为10-100％。
步骤S4中，所述均匀化退火具体为：在真空退火炉内，1000-1300℃下退火8-24h。
步骤S5中，所述镦拨处理的始锻温度为1000-1100℃，终锻温度为950-1000℃。
步骤S6中，所述低温锻造的始锻温度为900-1000℃，终锻温度为850-900℃。
步骤S7中，所述热处理具体为：在真空炉内，850-1100℃下进行10-60min热处理。
步骤S1中，所述熔炼：单次小于200g，进行多次熔炼。
所述熔炼的具体方法如下：
按照材料成分对原料进行配比，打磨清洗后将原料放入熔炼炉中，原料总重量应小于熔炼炉的容量；将熔炼炉抽真空至10-3帕后充入纯度大于99.99％的氮气；
若用电弧炉，将所有原料熔化之后进行搅拌10分钟；冷却后将其翻面，重复上述过程；将材料至少熔炼5遍，保证其均匀性；
若用感应炉，将电流加至400A以上，保证其熔化；至少熔炼5遍。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明低温高强高韧性的高熵合金，在Fe40Mn40Co10Cr10合金中引入一定含量的碳元素和钛元素，与基体形成间隙固溶体，一方面，可以有效降低材料的层错能，使得在低温条件下就可以诱发孪晶，另一方面，碳元素、钛元素可以通过固溶和析出碳化物、钛化物为基体提供额外的强度增量，有效提高材料的低温性能；钛元素作为良好的间隙原子以及钛的化合物作为有效的析出强化相，可以极大的提高材料在低温时的性能。
2.本发明低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，解决了Fe40Mn40Co10Cr10合金面临的低温塑性不足等问题，通过多次验证调整，协调了强度和塑性间的关系。
3.本发明同时提供了适当的掺杂量和处理工艺的合理搭配，可以提供较为丰富的性能调控组合手段，尤其是通过在较高温度下较长时间保温，锻态组织被部分或完全消除，部分析出相溶解形成近单相结构后，合金即可在更高性能水平的基础上重新具备较大的性能可调控空间，有利于通过其他强化方式如形变强化和析出强化的组合进行进一步的强化，获得更加合理的强度和塑性搭配，而且总体合金元素的含量合理，成本低，具备较强的经济性。
【附图说明】
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中使用真空电弧炉小质量熔炼添加钛元素的铸态Fe40Mn40Co10Cr10合金的微观组织图；
图2为本发明实施例中使用真空电弧炉小质量熔炼添加钛元素的铸态Fe40Mn40Co10Cr10合金在液氮低温时的拉伸性能曲线图。
【具体实施方式】
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
界面强化，包括晶界强化和孪晶强化，被认为是可以较好协调强度和塑性的一种手段，尤其是孪晶强化，可以同时大幅度提高材料的强度和塑性，但是诱发孪晶则需要满足一定的条件。通过合金元素的掺杂，降低材料的层错能是一种可行的方法。通过合理的成分和工艺设计，能较大的提升部分高熵合金的低温性能，推动其实际应用。
实施例1
按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)99.3C0.6Ti1.5的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金；单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-2000MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例2
按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)99.2C0.6Ti1.7的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金；单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-2000MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例3
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)99.1C0.6Ti2的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金；单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-2000MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例4
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)99.0C0.6Ti2.2的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金，单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-2000MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例5
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)95C1Ti4的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金，单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-200MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例6
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)96.2C0.8Ti3的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金，单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-200MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例7
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)97.4C0.6Ti2的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金，单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-200MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
实施例8
1)按照名义成分为(Fe40Mn40Co10Cr10)98.4C0.6Ti1的组成进行配料，总质量200g左右，在真空电弧炉下进行熔炼，熔炼四次，获得晶粒尺寸在50μm左右的铸态合金，单次200g进行熔炼，保证了成分和组织均匀性以及致密性，按照GB/T 13298-2015、GB/T 11352-2009和GB/T 7233，取样检测均匀性和致密性，结果为：化学成分符合设计标准，无缩孔疏松。
对符合均匀与致密的原料进行检测，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，检测方法符合GB/T 228.3-2019(金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法)的规定，材料抗拉强度满足500-200MPa，塑性满足10-100％，无需后续处理，完成制备，可直接使用。
通过真空电弧熔炼炉得到的不同成分的铸锭，铸锭组织的平均晶粒尺寸约50μm，该成分的铸锭的拉伸性能与同种方法下制备的不含掺杂元素(C、Ti)的Fe40Mn40Co10Cr10合金相比，其强度和塑性都要更优异，低温下的拉伸强度在1400MPa，延伸率50％；
小质量下熔炼，使用电弧炉熔炼的Fe40Mn40Co10Cr10合金铸态的组织和拉伸性能可以看出，如图1，同种制备方法下，与不含掺杂元素(C、Ti)的合金相比，掺杂后的合金的微观组织明显变化。如图2，碳元素的加入提高了Fe40Mn40Co10Cr10高熵合金的强度，但是合金在低温下的脆性特征仍然存在，钛元素的添加提高了合金在低温下的塑性，含钛量为0.4wt％时的延伸率在50％，与不含碳、钛元素的Fe40Mn40Co10Cr10合金相比大幅度提高。
本发明的原理：
通过在Fe40Mn40Co10Cr10中引入间隙元素碳、钛，降低材料的层错能，降低诱发孪晶形成所需要的条件，同时，通过适当的钛元素的引入，可以在孪晶强化之外，引入固溶强化和/或析出强化，进一步提高材料的低温性能，尤其是通过最后步骤中在较高温度较长时间保温，锻态组织被部分或完全消除，部分析出相溶解形成近单相结构后，合金即可在更高性能水平的基础上重新具备较大的性能可调控空间，有利于通过其他强化方式如形变强化和析出强化的组合进行进一步的强化，获得更加合理的强度和塑性搭配。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温高强高韧性的高熵合金，其特征在于：所述高熵合金的母合金分子式为(Fe40Mn40Co10Cr10)100-x-yCxTiy；
其中，x为碳含量，0.6＜x≤0.8wt％；y为钛含量，1.4＜y≤2.4wt％；
按照元素原子百分含量计，所述高熵合金的合金基体Fe40Mn40Co10Cr10中，Fe为35-45％；Mn为35-45％；Co为5-15％；Cr为5-15％。
2.根据权利要求1所述一种低温高强高韧性的高熵合金，其特征在于：所述高熵合金的晶粒尺寸为50-250μm。
3.一种权利要求1或2所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按照母合金(Fe40Mn40Co10Cr10)100-x-yCxTiy的名义成分配料并进行熔炼，得到铸态合金；
其中，x为碳含量，0.6＜x≤0.8wt％或0.4＜x≤0.7at％，
y为钛含量，0.4＜y≤2.0wt％或0.1＜y≤0.4at％；
S2，对所述铸态合金取样检测其均匀性和致密度，若均匀性符合材料化学成分偏差范围属于名义含量且致密度符合最终铸锭无缩孔疏松，则执行步骤S3；否则，执行步骤S4；
S3，检测铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若均满足预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S4；
S4，对步骤S1得到的铸态合金进行均匀化退火；
S5，对经步骤S4处理的铸态合金进行镦拨处理；
S6，对经步骤S5处理的铸态合金进行低温锻造；
S7，检测经步骤S6处理的铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若满足与步骤S3相同的预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S8；
S8，对步骤S6低温锻造后的铸态合金进行热处理；
S9，检测经步骤S8处理的铸态合金的低温抗拉强度和塑性，若满足与步骤S3相同的预设要求，则完成制备；否则，执行步骤S10；
S10，判断步骤S1得到的铸态合金的碳含量和钛含量，若碳含量为0.6＜x≤0.8wt％，且钛含量为1.4≤y≤2.4wt％，则废弃该铸态合金；否则，重复执行步骤S3至步骤S10。
4.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述预设要求具体为：低温抗拉强度为500-2000MPa，塑性为10-100％。
5.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述均匀化退火具体为：在真空退火炉内，1000-1300℃下退火8-24h。
6.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述镦拨处理的始锻温度为1000-1100℃，终锻温度为950-1000℃。
7.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述低温锻造的始锻温度为900-1000℃，终锻温度为850-900℃。
8.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述热处理具体为：在真空炉内，850-1100℃下进行10-60min热处理。
9.根据权利要求3所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述熔炼：单次小于200g，进行多次熔炼。
10.根据权利要求9所述低温高强高韧性的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的具体方法如下：
按照材料成分对原料进行配比，打磨清洗后将原料放入熔炼炉中，原料总重量应小于熔炼炉的容量；将熔炼炉抽真空至10-3帕后充入纯度大于99.99％的氮气；
若用电弧炉，将所有原料熔化之后进行搅拌10分钟；冷却后将其翻面，重复上述过程；将材料至少熔炼5遍，保证其均匀性；
若用感应炉，将电流加至400A以上，保证其熔化；至少熔炼5遍。
CN202011197198.9A 2020-10-30 2020-10-30 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法 Active CN112522563B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011197198.9A CN112522563B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011197198.9A CN112522563B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112522563A CN112522563A (zh) 2021-03-19
CN112522563B true CN112522563B (zh) 2022-03-01

Family

ID=74979360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011197198.9A Active CN112522563B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112522563B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115491560B (zh) * 2021-06-17 2024-06-04 西北工业大学 一种提高合金低温耐磨性的方法
CN115354241B (zh) * 2022-09-01 2023-05-12 西北工业大学 一种强塑性协同提升的低温耐磨合金及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102776430B (zh) * 2012-08-20 2014-08-06 太原理工大学 AlCoCrFeNiTix高熵合金材料及其制备方法
CN107267844B (zh) * 2017-06-08 2019-02-12 江苏科技大学 一种六元高熵合金及其制备方法
CN107326246B (zh) * 2017-07-17 2019-02-05 西安交通大学 一种高性能高熵合金及其加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112522563A (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021174726A1 (zh) 一种高铝含量的镍基变形高温合金及制备方法
CN111500917B (zh) 一种高强韧性中熵高温合金及其制备方法
CN108866417B (zh) 一种高强耐蚀中熵合金及其制备方法
CN108998714B (zh) 一种双相中熵合金的设计与制备方法
CN110819873B (zh) 一种添加纳米氧化钇的高Nb-TiAl合金及其制备方法
CN111826573B (zh) 一种无σ相析出倾向的沉淀强化型高熵合金及其制备方法
CN112522563B (zh) 一种低温高强高韧性的高熵合金及其加工方法
CN100396806C (zh) 一种高温模具用镍基铸造高温合金
WO2022237073A1 (zh) 一种铝合金材料、铝合金导线及其制备方法
CN108531755B (zh) 一种高铝型高温合金gh6783的真空感应炉冶炼工艺
CN110983144B (zh) 一种氮化物强化高熵合金及其制备方法
CN113122763A (zh) 一种高强韧性高熵合金制备方法
CN114231765A (zh) 一种高温合金棒材的制备方法与应用
CN115094273A (zh) 一种富镍铁低钴的高强双相镍基合金及其制备方法
CN111349816A (zh) 一种Ti-1300F新型高强高韧钛合金及其制备方法及其制备方法
WO2021129802A1 (zh) 一种高强韧铜锌铝形状记忆合金及其制备方法
CN110791693B (zh) 低Al含量、高强韧性、耐酸腐蚀的高熵合金及其制备方法
CN108531773A (zh) 一种Ti3Al金属间化合物高温结构材料
CN116121589B (zh) 一种增材制造用高温超高强钛合金、制备方法及其应用
CN114807646B (zh) 镍基合金板坯及其制备方法
CN105624467A (zh) 一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金
CN108588524A (zh) 一种金属型重力铸造镁合金材料及其制备方法
CN110747383B (zh) 一种以金属间化合物为基的高熵合金及其制备方法
CN101886190B (zh) 一种强韧性钛合金及其制备方法
CN116065056B (zh) 一种难变形大规格镍基高温合金棒材及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant