CN115233071B - 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 - Google Patents
一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115233071B CN115233071B CN202210719321.1A CN202210719321A CN115233071B CN 115233071 B CN115233071 B CN 115233071B CN 202210719321 A CN202210719321 A CN 202210719321A CN 115233071 B CN115233071 B CN 115233071B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- entropy alloy
- based high
- temperature
- alloy
- temperature medium
- 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
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 131
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 22
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 3
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 abstract description 5
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 abstract description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 4
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/023—Alloys based on nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
-
- 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
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials 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Ni‑Fe基高温中熵合金及其制备方法，涉及金属材料技术领域，该合金由以下摩尔百分比的组分组成：Al：6‑16.5at％，Cr：6‑12at％，Fe：6‑15at％，Ni：55‑70at％，Mo：0‑3at％，W：0‑2at％，Nb：0‑2at％，Zr：0‑1at％，Hf：0‑1at％，B：0‑0.2at％，Ta：0‑1at％，Re：0‑2at％；且Ni/Al为3.4‑10:1；本发明确定了微量元素对Ni‑Fe基FCC/B2合金高温性能的影响规律，合金在保证室温强塑性的情况下同时表现出优异的高温力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体为一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法。
背景技术
高性能高温合金作为重要的结构材料，在诸多工业场景中均承担着不可替代的作用。高温合金的高温强度及塑性是其力学性能的主要体现，因此在保证一定的室温强塑性及可加工性的前提下，提升高温强度和塑性是合金设计的主要目标。中熵合金作为近年来新兴的一类合金概念，以2-3种主要元素作为基体，具有广阔的成分设计空间。与传统高温合金相比，因具有高混合熵、低扩散系数以及和高强度、高硬度、高耐磨、高耐蚀等诸多优点，中熵合金被人们广泛认为是一类很有前景的高温结构材料。
在诸多中熵合金种类中，Ni-Fe基FCC型中熵合金具有高损伤容忍度、优异的塑性以及抗磨损性能，但其较低的高温强度限制了其在极端工况下的应用。因此，强化Ni-Fe基FCC型中熵合金的高温性能是本发明的主要工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法，本发明针对现有Ni-Fe基FCC型中熵合金高温强度不足的问题，通过研究元素、组织与性能的联系，建立FCC/B2→晶粒→FCC/L12→点/线/面缺陷的多层级强化结构，综合提升合金的高温强度与塑性；通过研究不同种类不同含量微量合金元素对高温性能的影响，提升Ni-Fe基高温中熵合金的高温强塑性。
本发明提供了一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Al：6-16.5at％，Cr：6-12at％，Fe：6-15at％，Ni：55-70at％，Mo：0-3at％，W：0-2at％，Nb：0-2at％，Zr：0-1at％，Hf：0-1at％，B：0-0.2at％，Ta：0-1at％，Re：0-2at％；且Ni/Al为3.4-10:1；
优选的，由以下摩尔百分比的组分组成：Al：6-16at％，Cr：9-11at％，Fe：9-12at％，Ni：58-63at％，Mo：0-3at％，W：0-2at％，Nb：0-2at％，Zr：0-1at％，Hf：0-1at％，B：0-0.2at％，Ta：0-1at％，Re：0-2at％；Ni/Al为3.4-10:1。
本发明还提供了上述Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
在惰性气氛条件下，将按照元素的摩尔百分比称取的合金组分Al、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Zr、Nb、Hf、B、Ta、Re原料，于真空感应熔炼炉或真空电弧熔炼炉中，进行多次熔炼。待熔炼完成并彻底冷却后，获得合金锭；然后将合金熔体浇铸到模具中，即得铸态的中熵合金锭；
将所述铸态的中熵合金锭进行冷轧，之后在1100-1250℃退火处理，重复上述冷轧和退火过程多次，最后在650-700℃保温，制得所述Ni-Fe基高温中熵合金。
优选的，熔炼时的温度为1500～1650℃。
优选的，冷轧厚度总变形量为15％-60％。
优选的，每次退火保温时间为1-30min。
优选的，在650-700℃保温的时间为2-12h。
优选的，在650-700℃保温之前，还可对合金进行再冷轧，且冷轧的厚度变形量为0-30％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过以下几个方面协同作用，提高FCC基中熵合金的高温强度，具体为：
高温强度方面，在合金中引入B2相与L12相：L12相可提高合金材料的高温强度与高温稳定性，在高温应用的合金中引入L12相可以在保证室温强度的同时极大提升合金的高温强度；而B2相可以保证合金在室温下具有较高的屈服强度；
(1)通过调整Ni与Al的比例，实现了铸态合金相组成的变化。Ni的增加会促进FCC相形成，较低则有利于B2相形成。使用Ni元素稳定FCC相，可以提升中熵合金的高温性能；
(2)Al元素对L12相的形成至关重要，过多的铝元素将促进B2相的形成；本发明限定Al元素的原子百分比为6-16.5at％，且限定Ni/Al比例为3.4-10:1，适当的Ni/Al比例有利于促进L12相的形成(详见具体实施例中的对比例2-3)；
(3)微量元素可以起到固溶强化、析出强化、强化晶界等作用，显著提升合金的室温和高温力学性能，本发明考虑添加了W、Mo、B、Zr、Hf、Ta、Nb、Re等微量元素以获得更高的高温强度；其中，W、Mo、Nb元素可以引起较大晶格畸变，起到固溶强化作用(性能提升情况详见具体实施例中，实施例1-6、16-18以及对比例1)；Zr、B元素可以强化晶界，提高合金高温性能，一定程度消除合金中温脆性(具体详见具体实施例中，实施例7-12以及对比例1)；Hf、Ta、Re元素可以促进合金中L12析出相的产生，起到析出强化作用(详见具体实施例中，实施例13-15、19-24以及对比例1)；
(4)热机械加工对于消除合金缺陷、提升成分与组织均匀性、促进析出相形成等方面具有重要意义；通过轧制与退火，可以消除缩松缩孔等铸造缺陷以及铸造过程中的宏观偏析，并使晶粒组织细化，同时促进L12纳米析出相的形成，这些均有利于合金室温和高温强塑性的提升。
本发明的合金具有很高的高温屈服强度，在800℃下大于650MPa，同时该高性能高温中熵合金具有优异的室温强塑性以及可加工性，其室温屈服强度约为850MPa，延伸率15％，具有很高的加工硬化率，从而实现在室温下易于加工，冷变形后强度提升，高温下强度优异的设计目标，获得一型兼具室温强度与高温强度的高性能高温中熵合金。
附图说明
图1为实施例13中熵合金的SEM宏观显微组织图；
图2为实施例13中熵合金的SEM微观显微组织图；
图3为实施例13中熵合金的TEM暗场像；
图4为图3中L12相处的选区电子衍射斑点；
图5实施例13与3个对比例在800℃下的应力应变曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Al：6-16.5at％，Cr：6-12at％，Fe：6-15at％，Ni：55-70at％，Mo：0-3at％，W：0-2at％，Nb：0-2at％，Zr：0-1at％，Hf：0-1at％，B：0-0.2at％，Ta：0-1at％，Re：0-2at％；且Ni/Al为3.4-10:1。
上述Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
在惰性气氛条件下，将按照元素的摩尔百分比称取的合金组分Al、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Zr、Nb、Hf、B、Ta、Re原料，于真空感应熔炼炉或真空电弧熔炼炉中，进行多次熔炼，待熔炼完成并彻底冷却后，获得合金锭；然后将合金熔体浇铸到模具中，即得铸态的中熵合金锭；熔炼时的温度为1500～1650℃；
将所述铸态的中熵合金锭进行冷轧，之后在1100-1250℃退火处理1-30min，重复上述冷轧和退火过程多次，冷轧厚度总变形量为15％-60％，最后在650-700℃保温2-12h，制得所述Ni-Fe基高温中熵合金。在650-700℃保温之前，还可对合金进行再冷轧，且冷轧的厚度变形量为0-30％。
下述各实施例中采用的Al、Cr、Fe和Ni原料均为工业级原料。实施例2-24以及对比例1-3均与实施例1工艺相同，只有成分区别，因此省略工艺步骤。
实施例1
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：62.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：1.00at％，Ni/Al＝3.8。
一种Ni-Fe基高温中熵合金的热机械处理方法，包括以下步骤：
S1、超声清洗：将Ni、Cr、Fe、Al、Mo合金原料使用机械研磨方法去除元素表面的氧化皮，然后置于不同容器中并加入酒精溶液，超声清洗，取出后吹干酒精得到超声处理后的原料；
S2、配料：按照元素的摩尔百分比分别称量S1中的原料并混合；
S3、熔炼：将S2混合好的原料放入真空非自耗电弧炉的坩埚中，关闭炉门，抽真空至3×10-3Pa然后反冲高纯氩气至0.06MPa；起弧后，首先对钛锭进行熔炼以吸收炉内残留的氧气，然后对S2中混合好的原料进行熔炼，同时开启电磁搅拌，所述熔炼电流为190A，搅拌电流为0.5A，熔炼温度为1600℃，熔炼时间为2min；待样品熔炼完成并彻底冷却后，将其翻面，反复熔炼6次，每次应使合金在液态下保持2min，使得各元素混合均匀，熔炼完成后，将合金熔体浇铸到模具中，即得铸态的Ni-Fe基高温中熵合金锭；
S4、将中熵合金锭冷轧厚度变形量约为15％后，于1200℃保温20min，随后进行冷却，获得第一次热机械处理的中熵合金锭；
将第一次热机械处理的中熵合金锭再冷轧厚度变形量约为15％后，于1200℃保温20min，随后进行冷却，获得第二次热机械处理的中熵合金锭；
将第二次热机械处理的中熵合金锭再冷轧厚度变形量约为15％后，于1200℃保温20min，随后进行冷却，获得第三次热机械处理的中熵合金锭；
将第三次热机械处理的中熵合金锭再冷轧厚度变形量约为15％后，于1200℃保温20min，随后进行冷却，获得第四次热机械处理的中熵合金锭；
将第四次热机械处理的中熵合金锭于700℃保温120min，随后进行冷却，即得热机械处理的高性能镍铁高温基中熵合金。
实施例2
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Ni/Al＝3.7。
实施例3
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：60.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：3.00at％，Ni/Al＝3.67。
实施例4
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：62.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，W：1.00at％，Ni/Al＝3.8。
实施例5
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，W：2.00at％，Ni/Al＝3.7。
实施例6
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：60.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，W：3.00at％，Ni/Al＝3.67。
实施例7
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.49at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.01at％，Ni/Al＝3.7。
实施例8
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.47at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，Ni/Al＝3.7。
实施例9
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.45at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例10
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Ni/Al＝3.7。
实施例11
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例12
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.075at％，Ni/Al＝3.7。
实施例13
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.45at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Hf：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例14
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.40at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Hf：0.10at％，Ni/Al＝3.7。
实施例15
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.35at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Hf：0.15at％，Ni/Al＝3.7。
实施例16
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.45at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Nb：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例17
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.40at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Nb：0.10at％，Ni/Al＝3.7。
实施例18
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：61.35at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Nb：0.15at％，Ni/Al＝3.7。
实施例19
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：61.45at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Ta：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例20
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：61.40at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Ta：0.10at％，Ni/Al＝3.7。
实施例21
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：61.35at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Ta：0.15at％，Ni/Al＝3.7。
实施例22
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.45at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Re：0.05at％，Ni/Al＝3.7。
实施例23
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.40at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Re：0.10at％，Ni/Al＝3.7。
实施例24
一种Ni-Fe基高温中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：
Ni：61.35at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Mo：2.00at％，Zr：0.03at％，B：0.025at％，Re：0.15at％，Ni/Al＝3.7。
对比例1-3意在与性能最佳的实施例13进行对比，凸显微量合金化元素对合金高温强度与塑性两方面的影响，如图5所示。对比例1为未添加微量合金元素的高温中熵合金基体，对比例2为Ni30Co30Cr10Fe10Al18W2共晶高熵合金，对比例3为AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。可以看出，实施例13在800℃下的屈服强度比三个对比例要高很多。微量元素合金化可以在保证塑性的情况下，实现非常高的高温强度。因此，本专利中高温中熵合金的设计思路是有效可行的。
对比例1
一种中熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：63.50at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：16.50at％，Ni/Al＝3.8。
对比例2
Ni30Co30Cr10Fe10Al18W2共晶高熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：30.00at％，Co：30.00at％，Cr：10.00at％，Fe：10.00at％，Al：18.00at％，W：2.00at％，Ni/Al＝1.7。
对比例3
AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金，由以下摩尔百分比的组分组成：Ni：34.43at％，Co：16.39at％，Cr：16.39at％，Fe：16.39at％，Al：16.39at％；Ni/Al＝2.1。
表1调整微量元素种类与含量样品实施例性能指标
表2各个对比例的成分与实际性能指标
为了说明本发明提供的一种高温高强中熵合金的微观组织，对实施例13提供的高性能镍铁基中熵合金进行微观组织表征，如图1-4所示。图1为实施例13的宏观显微组织图，可见合金由FCC和B2相组成。图2为实施例13经过热机械处理后的微观组织图，合金组织由FCC中分布的细密L12相。图3为实施例13的透射电镜图，可以看出合金中分布着大量纳米级别的L12相。图4为实施例13对应的选区电子衍射斑点，为典型L12相的超点阵衍射斑点。
综上，本发明研究了调整Ni与Al的比例并加入一定微量合金元素对Ni-Fe基高温中熵合金组织与性能的影响规律。研究表明，使用价格相对较低的适当调整Ni与Al的比例可以在FCC基体中诱导产生大量L12相。同时，Mo、W、Zr、B、Hf、Nb、Re等微量合金化元素在稳定L12相、促进L12相生成以及强化界面等方面具有立竿见影的效果，使合金在保持优良高温塑性的同时大幅提升高温强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种Ni-Fe基高温中熵合金，其特征在于，由以下摩尔百分比的组分组成：
Al：6-16.5 at%，Cr：6-12 at%，Fe：6-15 at%，Ni：55-70 at%，Mo：2-3 at%，W：0-2 at%，Nb：0-2 at%，Zr：0.03-0.05 at%，Hf：0-1 at%，B：0-0.2 at%，Ta：0-1 at%，Re：0-2 at%；且Ni/Al为3.67-3.7:1；
在FCC基中熵合金中引入B2相与L12相，控制Ni/Al比例促进L12相的形成；
将铸态的中熵合金锭进行冷轧，之后在1100-1250 ℃退火处理，重复上述冷轧和退火过程多次，最后在650-700 ℃保温，制得所述Ni-Fe基高温中熵合金。
2.根据权利要求1所述的Ni-Fe基高温中熵合金，其特征在于，由以下摩尔百分比的组分组成：Al：6-16 at%，Cr：9-11 at%，Fe：9-12 at%，Ni：58-63 at%，Mo：2-3 at%，W：0-2 at%，Nb：0-2 at%，Zr：0.03-0.05 at%，Hf：0-1 at%，B：0-0.2 at%，Ta：0-1 at%，Re：0-2 at%；且Ni/Al为3.67-3.7 : 1。
3.根据权利要求1或2所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在惰性气氛条件下，将按照元素的摩尔百分比称取的合金组分Al、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Zr、Nb、Hf、B、Ta、Re原料，于真空感应熔炼炉或真空电弧熔炼炉中，进行多次熔炼，待熔炼完成并彻底冷却后，获得合金锭；然后将合金熔体浇铸到模具中，即得铸态的中熵合金锭；
将所述铸态的中熵合金锭进行冷轧，之后在1100-1250 ℃退火处理，重复上述冷轧和退火过程多次，最后在650-700 ℃保温，制得所述Ni-Fe基高温中熵合金。
4.根据权利要求3所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，熔炼时的温度为1500~1650 ℃。
5.根据权利要求3所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，冷轧厚度总变形量为15 %-60 %。
6.根据权利要求3所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，每次退火保温时间为1-30 min。
7.根据权利要求3所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，在650-700℃保温的时间为2-12 h。
8.根据权利要求3所述的Ni-Fe基高温中熵合金的制备方法，其特征在于，在650-700℃保温之前，还可对合金进行再冷轧，且冷轧的厚度变形量为0-30 %。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210719321.1A CN115233071B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210719321.1A CN115233071B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115233071A CN115233071A (zh) | 2022-10-25 |
| CN115233071B true CN115233071B (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=83669563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210719321.1A Active CN115233071B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115233071B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115679178B (zh) * | 2022-11-21 | 2023-08-22 | 中国矿业大学 | 一种低密度超高硬度Al-Cr-Zr-Ni高熵合金及其制备方法 |
| CN115976314A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-18 | 安徽工业大学 | 一种制备中熵奥氏体耐热钢的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3758295A (en) * | 1970-01-26 | 1973-09-11 | Int Nickel Co | Nickel chromium iron alloys |
| EP0639652A1 (en) * | 1993-07-27 | 1995-02-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Ni-based alloys |
| CN109312428A (zh) * | 2016-06-27 | 2019-02-05 | 贺利氏传感器科技有限公司 | 用于遮盖温度传感器的套管，具有这种套管的测温装置，将这种套管与测温装置连接在一起的方法以及合金的应用 |
| CN110343907A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-18 | 浙江大学 | 含W的高强度铸造Ni3Al基高温合金及其制备方法 |
| CN110643911A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-03 | 西北工业大学 | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 |
| CN111074131A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-28 | 西北工业大学 | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018097901A2 (en) * | 2016-09-30 | 2018-05-31 | Arconic Inc. | Nickel-iron-aluminum-chromium based alloys, and products made therefrom |
| CN108193088B (zh) * | 2017-12-29 | 2020-07-24 | 北京理工大学 | 一种析出强化型AlCrFeNiV体系高熵合金及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-23 CN CN202210719321.1A patent/CN115233071B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3758295A (en) * | 1970-01-26 | 1973-09-11 | Int Nickel Co | Nickel chromium iron alloys |
| EP0639652A1 (en) * | 1993-07-27 | 1995-02-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Ni-based alloys |
| CN109312428A (zh) * | 2016-06-27 | 2019-02-05 | 贺利氏传感器科技有限公司 | 用于遮盖温度传感器的套管，具有这种套管的测温装置，将这种套管与测温装置连接在一起的方法以及合金的应用 |
| CN110343907A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-18 | 浙江大学 | 含W的高强度铸造Ni3Al基高温合金及其制备方法 |
| CN110643911A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-03 | 西北工业大学 | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 |
| CN111074131A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-28 | 西北工业大学 | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| The resistance of nickel and iron aluminides to catvitation erosion and abrasive wear;M.Johnson等;Wear;第281页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115233071A (zh) | 2022-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113025865B (zh) | 一种AlCoCrFeNi系双相组织高熵合金制备方法 | |
| CN115233071B (zh) | 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 | |
| CN112725678B (zh) | 一种含NiCoCr的非等原子比中/高熵合金及其制备方法 | |
| CN112522645B (zh) | 一种高强度高韧CrCoNi中熵合金均质细晶薄板的制备方法 | |
| WO2019050084A1 (ko) | 보론이 도핑된 고엔트로피 합금 및 그 제조방법 | |
| CN114457270B (zh) | L12颗粒强塑化的中熵合金及其制备方法 | |
| CN110819873B (zh) | 一种添加纳米氧化钇的高Nb-TiAl合金及其制备方法 | |
| CN113684425B (zh) | 一种高性能铁基中熵合金及其热处理方法 | |
| CN111411285A (zh) | 一种Al和Ti微合金化高强韧中熵合金及其制备方法 | |
| CN113430444B (zh) | 一种高塑性高强度的高熵合金及其制备方法 | |
| KR20130134014A (ko) | 저탄성 고강도 베타형 타이타늄 합금 | |
| JP2024504210A (ja) | 高エントロピーのオーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法 | |
| CN111850375B (zh) | 一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法 | |
| CN111809120A (zh) | 一种低膨胀合金及其制备方法 | |
| US11851735B2 (en) | High-strength and ductile multicomponent precision resistance alloys and fabrication methods thereof | |
| KR20200042279A (ko) | 중엔트로피 합금 및 그 제조방법 | |
| CN109136704A (zh) | 一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法 | |
| CN112251659B (zh) | 一种AlCrFe2Ni2C0.24高熵合金及其制备方法 | |
| KR20200041630A (ko) | 고엔트로피 합금 및 그 제조방법 | |
| WO2024082723A1 (zh) | 一种高强韧多组元软磁合金及其制备方法 | |
| CN116891969A (zh) | 一种原位生成碳化物增强Nb-Mo-Ta-W-M-C高温共晶高熵合金及其制备方法 | |
| CN114622120B (zh) | 一种TRIP辅助AlFeMnCoCr三相异质高熵合金及其制备方法 | |
| CN114875292B (zh) | 一种复合析出强化型Co-Ni基合金及其制备方法 | |
| CN110923505A (zh) | Cu-Ni-Mn合金及其制备方法和应用 | |
| KR102509526B1 (ko) | 바나듐 석출물을 포함하는 석출경화형 고 엔트로피 합금 |
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 |