一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法技术

一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金，属于金属材料技术领域，该多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(17～26)：(9～16)：(6～12)：(26～36)：(20～32)；在原晶粒内部含有面心立方结构的纳米析出相，抗压强度为1650～1850MPa，压缩屈服强度为1400～1550MPa，塑性变形率11.0～12.5％。其制备方法：1)：将纯金属单质Al、Cr、Cu、Fe、Ni表面进行打磨去除氧化皮，按照相应摩尔比称取，备用；2)在氩气的保护下，将称取的纯金属单质进行合金化真空电弧熔炼；3)进行退火处理，后随炉降至室温。本发明专利技术制备的纳米析出强化型高强高塑性多元合金可以直接应用在承受压力载荷作用的结构件，且制备工艺简单，操作方便，利于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法。
技术介绍
多元合金的设计理念来源于高熵合金，合金设计采用五种或五种以上元素进行混合，但合金元素的成分偏离传统高熵合金的等摩尔配比方式。这样的合金设计方式使得合金既能突出某种高含量元素的特性，也能保留高熵合金的高强度硬度、耐磨耐蚀等综合性能。近些年的研究结果表明，针对这种由多种元素组成的合金所存在的主要棘手问题在于如何在室温的环境下提高合金的强度并且保持合金拥有较好的塑性，即多元合金的强韧化处理。细晶强化是目前用于多元合金的常用强韧化方法，该方法通过在合金熔炼的过程中提高凝固速度，或是对铸态合金进行变形处理，但这两种方法也存在各自的缺点：凝固速度过快，合金内应力过大，铸锭易于开裂；对合金进行变形处理要求铸态合金拥有一定塑性，塑性较差的合金则无法实现。因此多元合金的设计开发以及应用，需要解决合金的强韧化处理问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种在铸态合金晶粒内析出纳米强化相，进而大幅度提高合金强度、塑性的多元合金及其相应的制备方法。一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金，该多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(17～26)：(9～16)：(6～12)：(26～36)：(20～32)。所述多元合金在铸态下是晶粒粗大的单相结构，抗压强度为850～950MPa，无明显屈服和塑性。所述多元合金在原晶粒内部含有面心立方结构的纳米析出相，其抗压强度为1650～1850MPa，压缩屈服强度为1400～1550MPa，塑性变形率11.0～12.5％。所述多元合金的组成按摩尔比优选为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(19～25)：(9～13)：(8～10)：(29～34)：(25～31)。所述多元合金的组成按摩尔比进一步优选为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝20：10：10：30：30；该比例下的多元合金在铸态下的压缩屈服强度为900MPa，无明显屈服和塑性；该比例下的多元合金的抗压强度为1700MPa，压缩屈服强度为1450MPa，塑性变形率11.2％。本专利技术的纳米析出强化型高强高塑性多元合金的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将纯金属单质Al、Cr、Cu、Fe、Ni表面进行打磨去除氧化皮，按照相应摩尔比称取，备用；实际质量与理论计算质量误差在百分之一以内；步骤2：在氩气的保护下，将称取的纯金属单质进行合金化真空电弧熔炼；其中，熔炼电流保持在340～360A，熔炼过程中加电磁搅拌，反复熔炼6～8次，以保证铸锭熔炼均匀；步骤3：熔炼完成后进行退火处理，退火温度为1000～1300℃，保温时间为4～8h；后随炉降至室温，得到本专利技术多元合金。上述多元合金的制备方法，其中：所述步骤1、2中，为了确保金属单质原料的纯净，避免杂质引入，将已称取的五种纯金属单质原料分别放入丙酮溶液中，进行超声波清洗，随后酒精清洗、吹干；熔炼炉内的铜坩埚也需要用酒精进行擦拭，尽量保证铸锭的纯净。所述步骤2中，将清洗过的纯金属单质原料按照熔点温度从低到高，依次放入水冷铜坩埚，熔点低金属在下，熔点高的在上。目的是让熔点高的纯金属单质能够全部熔化，确保所有金属元素能充分混合；也能防止低熔点的金属在过高的温度下挥发，导致合金锭的成分偏离设计成分。所述步骤2、3中，抽真空使得炉内真空度直到10-4MPa量级后，通入氩气作为保护气，至压力计为0.05MPa，抽真空完毕时，开始引弧熔炼，先在另一个水冷铜坩埚内事先放置好的海绵钛进行熔炼，目的是去除炉膛内可能残留的氧气，避免残留的氧气氧化铸锭；然后将电弧引到需要熔炼的纯金属原料上，加大功率，使熔炼电流保持在340～360A，加电磁搅拌，保证电弧全部在纯金属单质原料的上方，按照此方法反复熔炼6～8次，以保证铸锭熔炼均匀，熔炼完成后，得到纽扣锭。为了避免铸锭在高温退火过程中被氧化，用真空封管的方式将熔炼得到的铸锭置于真空管内；将高温箱式电阻炉的温度设定到1000～1300℃，等炉温到达后打开炉门，把封有铸锭的真空管放入电阻炉中，关闭炉门；再次等显示的炉温平稳在1000～1300℃时开始计时保温4～8h。所述步骤2中，得到的熔炼均匀的铸锭是晶粒粗大的单相结构，抗压强度为850～950MPa，无明显屈服和塑性。所述步骤3中，退火后得到的多元合金在原晶粒内部析出面心立方结构的纳米相，其抗压强度提高至1650～1850MPa，压缩屈服强度为1400～1550MPa，塑性变形率11.0～12.5％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术制备的多元合金组成元素采用常用的Al、Cr、Cu、Fe、Ni元素，避免多主元合金中贵重Co元素的添加，降低了合金成本；添加Cu含量较低，确保合金在铸态下形成单相结构，避免出现Cu偏析；通过真空电弧熔炼即可获得块体的合金材料，合金制备过程更加简易；铸态合金通过高温退火即可析出纳米强化相，提高合金强度和塑性，处理过程简单；本专利技术制备的纳米析出强化型高强高塑性多元合金可以直接应用在承受压力载荷作用的结构件中，或可对其进行塑性加工，制作成承受压力载荷作用的结构件。2.本专利技术的多元合金是一种具有高强度、高塑性的多元合金材料；经过高温退火处理后在原铸态晶粒内部析出纳米强化相，极大地改善了原有铸态合金的强度和塑性。3.本专利技术对铸态合金的处理仅采用高温退火方式，工艺简单，操作方便，利于推广。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金铸态下的显微组织图像；图2为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金铸态的X射线衍射图像；图3为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金铸态的静态室温压缩工程应力-工程应变曲线；图4为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金的低倍数显微组织图像；图5为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金的高倍数显微组织图像；图6为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金的X射线衍射图像；图7为本专利技术实施例1制备的Al20Cr10Cu10Fe30Ni30多元合金的静态室温压缩工程应力-工程应变曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金，其组分为纯度不低于99.5％的Al、Cr、Cu、Fe、Ni纯金属单质，各组分按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝20：10：10：30：30。所述的纳米析出强化型高强高塑性多元合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金，其特征在于，该多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(17～26)：(9～16)：(6～12)：(26～36)：(20～32)；在铸态下是晶粒粗大的单相结构，抗压强度为850～950MPa，无明显屈服和塑性；所述多元合金在原晶粒内部含有面心立方结构的纳米析出相，抗压强度为1650～1850MPa，压缩屈服强度为1400～1550MPa，塑性变形率11.0～12.5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金，其特征在于，该多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(17～26)：(9～16)：(6～12)：(26～36)：(20～32)；在铸态下是晶粒粗大的单相结构，抗压强度为850～950MPa，无明显屈服和塑性；所述多元合金在原晶粒内部含有面心立方结构的纳米析出相，抗压强度为1650～1850MPa，压缩屈服强度为1400～1550MPa，塑性变形率11.0～12.5％。


2.根据权利要求1所述的多元合金，其特征在于，所述多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝(19～25)：(9～13)：(8～10)：(29～34)：(25～31)。


3.根据权利要求2所述的多元合金，其特征在于，所述多元合金的组成按摩尔比为，Al：Cr：Cu：Fe：Ni＝20：10：10：30：30。


4.根据权利要求3所述的多元合金，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：农智升，李婉祯，邓希光，李红梅，唐岩，王继杰，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21