一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金及其制备方法，涉及高熵合金技术领域。本发明专利技术在FeMnCoCr系合金中加入Al，并调整了合金中各元素的含量，从而改变了合金的相组成与微观组织结构，从而显著提高了合金的强度以及塑性；本发明专利技术所述FeMnCoCr系双相强化高熵合金的屈服强度相较于母合金Fe

【技术实现步骤摘要】
一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高熵合金
，具体涉及一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的金属材料往往基于1种或2种主元，同时添加少量的其他元素以改善性能。然而，根据吉布斯相律，额外元素的添加会增大金属间化合物形成的可能性。对于金属材料而言，一旦大量的脆性金属间化合物形成，将会对金属材料的性能造成巨大的破坏。因此，以往人们在金属材料的设计上，通常会避开相图的中心区域，尽量减少合金中的元素种类。
[0003]高熵合金(High entropy alloys,HEAs)是由5种或5种以上的主元构成，且每种主元含量在5
‑
35(at.％)之间，合金中没有溶剂与溶质之分。根据吉布斯相律，HEAs中的多主元数将会导致多种相与大量金属间化合物的产生。然而，与预测相反，实验证明了由于高熵合金所特有的高构型熵，金属间化合物的产生受到抑制，因此，HEAs往往具有简单的相结构，包括面心立方结构(FCC)、体心立方结构(BCC)、密排六方结构(HCP)以及FCC+BCC或FCC+HCP等双相结构。HEAs的多主元特征使HEAs拥有特殊的性能，包括高强度/硬度、优越的抗疲劳能力、极致的高/低温表现、卓越的抗腐蚀与抗辐照能力，一些性能在传统合金上难以实现，也因此让HEAs成为近年来学者研究的重点。其中，HEAs优异的机械性能表现使HEAs成为潜在的工程应用材料，同时，这也对HEAs的机械性能提出了更高的要求。
[0004]Fe
50
Mn
30
Co
10
Cr
10
高熵合金具有优异的强度与塑性，其在室温下表现为面心立方与密排六方的双相结构，塑性变形过程中产生的孪晶与相变是其优异强度与塑性的来源。但在室温下Fe
50
Mn
30
Co
10
Cr
10
的屈服强度较低，无法满足工程应用的条件。因此，在保持Fe
50
Mn
30
Co
10
Cr
10
一定塑性的情况下提高其屈服强度以满足其工程应用便显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种屈服强度高的FeMnCoCr系双相强化高熵合金及其制备方法。本专利技术通过Al元素含量调控合金的组织结构，使所得高熵合金在室温下具备较高屈服强度，同时仍然具备较好塑性。
[0006]本专利技术是采用以下技术方案实现的：
[0007]一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金，所述高熵合金的结构式如下：
[0008]Fe
50
Mn
30
‑
x
Co
10
Cr
10
Al
x
，x为6、7或8。
[0009]优选的，本专利技术FeMnCoCr系双相强化高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、按比例称取Fe、Mn、Co、Cr以及Al；
[0011]步骤2、将称取的原料放入坩埚中，并置于真空非自耗电弧熔炼炉中进行真空电弧熔炼，得到合金锭；
[0012]步骤3、将所述合金锭用转移至吸铸窗口进行吸铸处理，其中吸铸处理是在电弧电流为350A下将合金锭完全熔化，然后打开吸铸开关利用压强差进行吸铸，得到Fe
50
Mn
30
‑
x
Co
10
Cr
10
Al
x
的铸态高熵合金板材；
[0013]步骤4、将所述铸态高熵合金板材在900℃下进行热轧减薄处理；
[0014]步骤5、将减薄后的铸态高熵合金板材进行均质化处理，最后水淬处理。
[0015]优选的，步骤2所述真空电弧熔炼是先进行抽真空处理，以使得真空度为
‑
0.05MPa，然后引弧后调整熔炼电流为200A，进行熔炼以除去残留的氧气，再调整电流至270A～300A进行反复熔炼3次。
[0016]优选的，步骤2每次熔炼时间为1min，单次熔炼结束后需对合金锭进行翻面处理。
[0017]优选的，步骤3所述铸态高熵合金板材的厚度为6mm。
[0018]优选的，步骤4将所述铸态高熵合金板材进行热轧减薄至原来厚度的一半。
[0019]优选的，步骤5中均质处理的温度为1200℃，处理时间为2h。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术是在FeMnCoCr系合金中加入Al，并调整了合金中各元素的含量，从而改变了合金的相组成与微观组织结构，从而显著提高了合金的强度以及塑性；
[0022]本专利技术所述FeMnCoCr系双相强化高熵合金的屈服强度相较于同等加工条件制备的母合金Fe
50
Mn
30
Co
10
Cr
10
最高可提高3倍。本专利技术的加工成本低，具有较高的经济价值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术FeMnCoCr系双相强化高熵合金的制备工艺流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例1
‑
3制备的FeMnCoCr系双相强化高熵合金与对比例2的母合金的拉伸应力
‑
应变曲线；
[0025]图3为实施例1
‑
3FeMnCoCr系双相强化高熵合金以及对比例1
‑
2制备的合金的压缩应力
‑
应变曲线；
[0026]图4为实施例1
‑
3以及对比例1制备的合金的XRD谱线；
[0027]图5为Fe
50
Mn
24
Co
10
Cr
10
Al6合金微观组织(a)及相体积分数(b)；
[0028]图6为Fe
50
Mn
23
Co
10
Cr
10
Al7微观组织(a)及相体积分数(b)；
[0029]图7为Fe
50
Mn
22
Co
10
Cr
10
Al8微观组织(a)及相体积分数(b)。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0031]实施例1
[0032]一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金的制备方法，具体步骤如下
[0033]步骤1、按Fe
50
Mn
24
Co
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeMnCoCr系双相强化高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的结构式如下：Fe
50
Mn
30
‑
x
Co
10
Cr
10
Al
x
，x为6、7或8。2.根据权利要求1所述FeMnCoCr系双相强化高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、按比例称取Fe、Mn、Co、Cr以及Al；步骤2、将称取的原料放入坩埚中，并置于真空非自耗电弧熔炼炉中进行真空电弧熔炼，得到合金锭；步骤3、将所述合金锭用转移至吸铸窗口进行吸铸处理，其中吸铸处理是在电弧电流为350A下将合金锭完全熔化，然后打开吸铸开关利用压强差进行吸铸，得到Fe
50
Mn
30
‑
x
Co
10
Cr
10
Al
x
的铸态高熵合金板材；步骤4、将所述铸态高熵合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜，吕青芸，王林，侯龙，余兴，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：