一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金制造技术

本发明专利技术涉及一种Fe‑Mn‑Ni‑Cr四组元高熵合金，它的合金表达式为Fe

A Fe Mn Ni Cr four component high entropy alloy

【技术实现步骤摘要】
一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金
本专利技术属于高熵合金
，具体涉及一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金。
技术介绍
传统合金通常由一种主要元素和少量其他元素组成，例如铝合金、镁合金、钛合金、镍超合金和钢等。由于机械性能或其他性能的要求，例如强度、抗氧化性等，传统工业中应用的合金通常都具有多相结构，而单相结构的材料，例如，纯镍等通常无法满足工业生产的要求。近年来，出现了一种新的合金设计方法，这种新的合金设计方法目的是使混合熵最大化，以产生具有单相固溶体的合金，这种合金称之为高熵合金。这种合金由于等比例混合多种成分，产生了严重的晶格畸变并导致原子的扩散缓慢，这些都有助于提高合金的热稳定性并使合金具有良好的机械性能。为了实现这一目标，最初提出的设计标准是至少五种元素等原子或接近等原子比混合，这些合金通常具有优异的性能，包括高强度、抗热软化性、抗断裂，抗疲劳和耐磨损。在这些合金中，有一种具有代表性且成分复杂但结构简单的合金，这种合金就是等原子比FeNiCoCrMn高熵合金，它最早于2004年由Cantor等人探索，该合金具有单相FCC（面心立方）晶体结构，且表现出高延展性、在照射下具有优异电阻及低温下机械性能较好，但是由于其成本高、屈服强度很低，等原子比FeNiCoCrMn高熵合金仍然不能被选择为将来的结构材料而被广泛应用。由于钴的价格昂贵并在FeCrCoNiAl中按等原子比均匀分布，文章Designofnon-equiatomicmedium-entropyalloys中设计了一种去除钴的Fex(CrNiAl)100−x合金并得到了具有BCC+B2相的双相微观组织，正是由于其具有BCC+B2相的双相组织结构，所以该合金的塑性不高。在文章UtilizationofbrittleσphaseforstrengtheningandstrainhardeninginductileVCrFeNihigh-entropyalloy中研发了一种四组元高熵合金V20Cr15Fe20Ni45，并且通过合理的加工工艺调整可使其屈服强度和抗拉强度分别达到0.82和1.37GPa，延伸率达到43%。但是V的价格昂贵，该合金并不适于工业生产。在文章Metastablehigh-entropydual-phasealloysovercomethestrength-ductilitytrade-off中设计了一种四组元高熵合金Fe50Mn30Co10Cr10，并优化加工工艺可使该高熵合金的屈服强度超过300MPa，抗拉强度超过800MPa，断裂伸长率超过60%，但是它的钴含量过高，生产成本较高，因此也并不适用于工业化生产。综上所述，通过合理的成分设计及工艺优化，寻求低成本高性能具有单一结构的固溶体有助于高熵合金的工业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决传统高熵合金FeNiCoMnCr生产成本高且室温强度较低等问题，提供了一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，本专利技术通过去除钴元素，有效的降低了生产成本，并通过调整铁锰比，使合金在室温下诱发产生孪晶，有效的提高了合金在室温下的机械性能。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，它的合金表达式为FeaMnbNicCrd，合金表达式中a、b、c、d分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为38～57，b为18～37，c为8～15，d为10～17，a+b+c+d=100；所述Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金表达式中a为38～43，b为32～37，c为8～15，d为10～17。所述Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金表达式中a为44～48，b为28～31，c为8～15，d为10～17。所述Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金表达式中a为49～53，b为23～27，c为8～15，d为10～17。所述Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金表达式中a为54～57，b为18～22，c为8～15，d为10～17。作为示例；合金表达式中a为55，b为20，c为10，d为15。合金表达式中a为50，b为25，c为10，d为15。合金表达式中a为45，b为30，c为10，d为15。合金表达式中a为40，b为35，c为10，d为15。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术合金成分元素原子半径差别小，有利于固溶强化效果，合金的强度较高；（2）本专利技术合金Cr的含量原子百分比在10～17之间取值，保证了合金的耐蚀性，同时避免了Cr的原子百分比超过18时Mn的存在使奥氏体相不稳定并析出第二相而导致四组元等原子比FeNiMnCr高熵合金在均匀化条件下具有多相结构，因此，本专利技术FeNiMnCr高熵合金Cr含量合适，合金具有较好的耐蚀性，且在室温下稳定FCC（面心立方）奥氏体相的同时诱发产生了大量孪晶，这有利于提高合金的强度和塑性，改善合金的机械性能；（3）本专利技术合金不含有价格昂贵的金属Co，大大降低了生产成本，有利于工业化的应用；（4）本专利技术高熵合金的性能便于通过调整各组分的含量进行优化；（5）本专利技术高熵合金方便通过调整热处理温度来控制晶粒尺寸，进而优化合金的机械性能；（6）本专利技术操作工艺简单，有利于工业化的应用；综上所述，本专利技术Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金中各组分原子百分比含量均大于5符合当前高熵合金的设计理念，通过去除钴元素，有效的降低了合金生产成本，其中Cr的原子百分比在10～17之间取值保证了合金的耐蚀性，同时避免Mn的存在导致第二相的析出使FCC（面心立方）相失稳，同时，通过调整铁锰比和热处理温度，在室温下有效的诱发了大量孪晶，在维持单相稳定的同时有效的调整了晶粒尺寸和形状，获得了塑性和强度结合较好的高熵合金，且实验流程简单，有利于工业化的应用。附图说明图1为实施例2和3中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金相同成分不同测试条件下的XRD图；图2为实施例1，2，4和5中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金不同温度下拉伸的应力应变曲线；图3为实施例3中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金不同温度下拉伸的应力应变曲线；图4为实施例2中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金不同温度下的拉伸断口形貌图；图5为实施例3中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金不同温度下的拉伸断口形貌图；图6为实施例2和3中Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金不同温度退火处理后未变形区域的EBSD图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金,合金表达式为Fe55Mn20Ni10Cr15，记作S-1。作为更详细的示例，它的制备方法和相关测试包括如下步骤：(1)配料：选取纯度为99.9wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，其特征在于，它的合金表达式为Fe

【技术特征摘要】
1.一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，其特征在于，它的合金表达式为FeaMnbNicCrd，合金表达式中a、b、c、d分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为38～57，b为18～37，c为8～15，d为10～17，a+b+c+d=100。


2.根据权利要求1所述的Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，其特征在于，所述合金表达式中a为38～43，b为32～37，c为8～15，d为10～17，a+b+c+d=100。


3.根据权利要求1所述的Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，其特征在于，所述合金表达式中a为44～48，b为28～31，c为8～15，d为10～17，a+b+c+d=100。


4.根据权利要求1所述的Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，其特征在于，所述合金表达式中a为49～53，b为23～27，c为8～15，d为10～17，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开盛，魏然，李福山，刘士磊，陈辰，王坦，张锁，黎文强，凡艳舟，张伟伟，苗家凯，王伟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41