超塑性高熵合金、板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了提供一种超塑性高熵合金、板材及其制备方法，该高熵合金分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo，并通过配料、真空熔炼、浇铸、固溶处理和冷加工等步骤得到最终的具有超塑性和焊接性能的复杂零件加工原料；本发明专利技术通过对组成元素的选择，构建出高熵合金组成体系，使其具有良好的焊接性能，并且设计了高熵合金及其板材的制备工艺，通过冶炼、热轧、固溶处理和冷轧得到具有超塑性性能的供货态板材，可以通过超塑性成形实现复杂零部件的成形。

Superplastic high-entropy alloys and sheets and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
超塑性高熵合金、板材及其制备方法
本专利技术属于合金板材制造
，尤其涉及一种超塑性高熵合金、板材及其制备方法。
技术介绍
近年来，超塑性成形工艺在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等。它主要利用金属的超塑性，使形状复杂的零件在较低的能耗情况下一次性超塑成形，节能、省工、省料，而且超塑性还能改善材料的组织与性能，具有一定的组成性能的优越性。钢材以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的一部分。我国对一系列轴承钢，结构钢和工具钢的超塑性进行了研究，并在工业上模具制造方面利用超塑性初步得到应用。然而，传统超高碳超塑性钢中含碳量过高，不具有可焊接性能，传统低中碳钢在供货态下又不具有超塑性，不能满足复杂零件需要同时具有超塑性和焊接性能的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超塑性高熵合金、板材及其制备方法，以为复杂零件提供同时具有超塑性和焊接性能的加工原料。本专利技术采用以下技术方案：超塑性高熵合金，由Fe、Mn、Co、Cr、Mo和C构成，超塑性高熵合金分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo。本专利技术的另一种技术方案：超塑性高熵合金的制备方法，包括以下步骤：配料：按照(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，分别称取Fe、Mn、Co、Cr、Mo和FeC作为原料；真空熔炼：将上述原料装入真空熔炼设备中，抽真空至(2.5～3.5)*10-3Pa，向真空熔炼设备中注入惰性气体直至其内压强为-0.6Pa，对真空熔炼设备内原料进行翻转熔炼5～6次，每次熔炼时间为3～5min，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭。本专利技术的另一种技术方案：超塑性高熵合金板材，由上述的超塑性高熵合金制得。本专利技术的另一种技术方案：超塑性高熵合金板材的制备方法，超塑性高熵合金的分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo，具体包括以下步骤：浇铸：将(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭熔至液态，注入预制模具中，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材；将(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材在900～950℃条件下进行热轧，道次＞15次，变形量为20～50％；将热轧后的板材在900～1200℃条件下进行固溶处理，固溶处理时间为1～2h；对固溶处理后的板材进行冷轧，道次＞25次，变形量为70～90％；对冷轧后的板材进行退火结晶得到超塑性(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材；其中，退火温度为900～950℃，结晶时间为15～20min。进一步地，(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭的制备方法包括以下步骤：配料：按照(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，分别称取Fe、Mn、Co、Cr、Mo和FeC作为原料；真空熔炼：将上述原料装入真空熔炼设备中，抽真空至(2.5～3.5)*10-3Pa，向真空熔炼设备中注入惰性气体直至其内压强为-0.6Pa，对真空熔炼设备内原料进行翻转熔炼5～6次，每次熔炼时间为3～5min，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭。进一步地，Fe、Mn、Co、Cr和Mo原料的纯度大于99.9％。进一步地，真空熔炼步骤中对合金熔液进行电磁搅拌，且首末次熔炼不进行电磁搅拌。进一步地，方法具体包括以下步骤：配料：根据(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，称量Fe、Co、Mn、Cr、Mo及FeC原料；其中，原料总重2Kg，Fe原料为820.350g，Mn原料为581.138g，Co原料为207.799g，Cr原料为183.339g，Mo原料为34.526g，FeC合金为172.848g，且上述各纯金属元素纯度均大于99.9％；熔炼：将上述原料放入真空电弧炉坩埚的同一熔炼池内，用分子泵将炉腔内真空抽至2.5*10﹣3Pa，并向炉腔内通入纯度为99.99wt.％的氩气，使炉内压强为达到-0.6Pa；翻转熔炼5次，每次熔炼持续3min，开启电磁搅拌进行充分搅拌，首末次熔炼不开启电磁搅拌，待原料冷却至室温时取样，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭；浇铸：将熔炼好的(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭倒置于浇铸坩埚台内，抽真空后将其熔至液态，注入模具，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材；固溶处理和冷加工：在900℃下对浇筑后得到的高熵合金板材进行热轧，下压量20％，道次＝18次，每道次应变量不超过＜5％；在900℃下对热轧厚的高熵合金板材进行固溶处理1h；对固溶处理后的高熵合金板材进行冷轧，冷轧变形量为70％，道次为26次，每道次应变量＜3％；对冷轧后的高熵合金板材进行退火，退火温度为900℃；退火后的高熵合金板材进行结晶得到超塑性高熵合金板材，结晶时间为15min。进一步地，方法包括以下步骤：配料：根据(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，称量Fe、Co、Mn、Cr、Mo及FeC原料；其中，原料总重6Kg，Fe原料为2461.049g，Mn原料为1743.415g，Co原料为623.398g，Cr原料为550.018g，Mo原料为103.579g，FeC合金为518.5416g，且上述各纯金属元素纯度均大于99.9％；熔炼：将上述原料放入真空电弧炉坩埚的同一熔炼池内，用分子泵将炉腔内真空抽至3.5*10﹣3Pa，并向炉腔内通入纯度为99.99wt.％的氩气，使炉内压强为达到-0.6Pa；翻转熔炼6次，每次熔炼持续5min，开启电磁搅拌进行充分搅拌，首末次熔炼不开启电磁搅拌，待原料冷却至室温时取样，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭；浇铸：将熔炼好的(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭倒置于浇铸坩埚台内，抽真空后将其熔至液态，注入模具，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材；固溶处理和冷加工：在950℃下对浇筑后得到的高熵合金板材进行热轧，下压量50％，道次＝20次，每道次应变量不超过＜4％；在950℃下对热轧厚的高熵合金板材进行固溶处理2h；对固溶处理后的高熵合金板材进行冷轧，冷轧变形量为90％，道次为35次，每道次应变量＜4％；对冷轧后的高熵合金板材进行退火，退火温度为950℃；退火后的高熵合金板材进行结晶得到超塑性高熵合金板材，结晶时间为20min。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对组成元素的选择，构建出高熵合金组成体系，使其具有良好的焊接性能，并且设计了高熵合金及其板材的制备工艺，通过冶炼、热轧、固溶处理和冷轧得到具有超塑性性能的供货态板材，可以通过超塑性成形实现复杂零部件的成形。【附图说明】图1为本专利技术实施例中(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的XRD图谱；图2为本专利技术实施例中(Fe5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超塑性高熵合金，其特征在于，所述超塑性高熵合金分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo。

【技术特征摘要】
1.超塑性高熵合金，其特征在于，所述超塑性高熵合金分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo。2.超塑性高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配料：按照(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，分别称取Fe、Mn、Co、Cr、Mo和FeC作为原料；真空熔炼：将上述原料装入真空熔炼设备中，抽真空至(2.5～3.5)*10-3Pa，向所述真空熔炼设备中注入惰性气体直至其内压强为-0.6Pa，对所述真空熔炼设备内原料进行翻转熔炼5～6次，每次熔炼时间为3～5min，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭。3.超塑性高熵合金板材，其特征在于，由权利要求1或2任一所述的超塑性高熵合金制得。4.超塑性高熵合金板材的制备方法，其特征在于，所述超塑性高熵合金的分子式为(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo，具体包括以下步骤：浇铸：将(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭熔至液态，注入预制模具中，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材；将所述(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金板材在900～950℃条件下进行热轧，道次＞15次，变形量为20～50％；将热轧后的板材在900～1200℃条件下进行固溶处理，所述固溶处理时间为1～2h；对固溶处理后的板材进行冷轧，道次＞25次，变形量为70～90％；对冷轧后的板材进行退火结晶得到超塑性(Fe50Mn25Co10Cr15)98CMo高熵合金板材；其中，退火温度为900～950℃，结晶时间为15～20min。5.如权利要求4所述的超塑性高熵合金板材的制备方法，其特征在于，所述(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭的制备方法包括以下步骤：配料：按照(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，分别称取Fe、Mn、Co、Cr、Mo和FeC作为原料；真空熔炼：将上述原料装入真空熔炼设备中，抽真空至(2.5～3.5)*10-3Pa，向所述真空熔炼设备中注入惰性气体直至其内压强为-0.6Pa，对所述真空熔炼设备内原料进行翻转熔炼5～6次，每次熔炼时间为3～5min，得到(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金铸锭。6.如权利要求5所述的超塑性高熵合金板材的制备方法，其特征在于，所述Fe、Mn、Co、Cr和Mo原料的纯度大于99.9％。7.如权利要求6所述的超塑性高熵合金板材的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼步骤中对合金熔液进行电磁搅拌，且首末次熔炼不进行电磁搅拌。8.如权利要求5-7任一所述的超塑性高熵合金板材的制备方法，其特征在于，方法具体包括以下步骤：配料：根据(Fe50Mn25Co10Cr15)0.98CMo高熵合金的原子比，称量Fe、Co、Mn、Cr、Mo及FeC原料；其中，原料总重2Kg，Fe原料为820.350g，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，赵雪柔，吕煜坤，颜屹，王宇哲，杨小光，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61