一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，调控析出相的AlCrFeNiV系高熵合金的化学式为Al

【技术实现步骤摘要】
一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法。

技术介绍

[0002]高熵合金是由多种元素以等原子比或近等原子比合金化形成的一类倾向于形成简单固溶体结构的金属材料。不同于传统的以一元或二元为主的合金设计思想，高熵合金颠覆性的多主元合金设计理念使其具有独特的结构特征，因而表现出高强度、高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀、抗高温软化等优异性能，是一种发展潜力极大的新型金属结构材料。其中面心立方晶格(FCC)结构高熵合金因具有良好的塑性和低温韧性受到广泛关注。例如单相FCC结构的CoCrFeNiMn高熵合金屈服强度约为400Mpa，抗拉强度为760Mpa，断裂延伸率平均值为56％。
[0003]FCC结构的高熵合金低的室温强度限制了它们在工程结构中的广泛应用。因此，如何在FCC结构高熵合金中突破强度、塑性的平衡成为近年来材料领域的研究热点。研究表明，经典位错理论依然适用于高熵合金力学性能分析和调控。FCC和BCC晶体的塑性变形主要通过位错滑移进行。FCC晶体在较小的应力下，位错即可沿最密排面开动，可以采用多种方法阻碍位错运动来实现合金强化，包括固溶强化、细晶强化、析出强化等。与其它强化方法相比，析出强化对屈服强度的增强效果更为显著，且工艺流程简单。通常L12相强化的FCC结构高熵合金表现出良好的强度
‑
塑性平衡，然而其强度仍不足以满足高性能结构应用的要求。通过设计制备具有共格和非共格析出相的高熵合金是实现强塑性良好匹配的有效途径之一，其关键是如何有效调控各析出相含量以达到改善合金性能的目的。本专利技术通过合理地调节合金成分和后续的冷加工及热处理工艺，制备出具有纳米尺度共格L12析出相和非共格BCC析出相的高熵合金，其力学性能大幅度提高。通过调控硬质BCC析出相的含量，所制备的高熵合金具有较大的力学性能范围区间，因而具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，目的是提供一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，即通过合理的成分设计和匹配的热处理工艺调控合金中析出相的种类以及含量，提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能，从而拓展其工程应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0006]目的之一，本专利技术提供了一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，其包括如下步骤：
[0007](1)、按照化学式为Al
0.4
Cr
0.7
Fe
x
Ni2V
0.2
，其中，x选自0.5、1或2，并按照合金成分称取相应质量的金属单质Al、Cr、Fe、Ni和V，在氩气保护下，将金属原料加热至熔化进行合金化，得到合金锭；再在氩气保护下，将合金锭加热至熔化进行重熔5次以上，并浇铸成型，得到铸态高熵合金；
[0008](2)、将铸态高熵合金超声清洗干净后，置于真空环境或者氩气保护环境中，加热进行固溶处理；然后进行冷轧处理，最后将冷轧样品退火，得到调控析出相AlCrFeNiV系高熵合金。
[0009]进一步地，步骤(1)中，金属单质铝、铬、铁、镍和钒的纯度均大于99.9％。
[0010]进一步地，步骤(2)中，固溶处理的温度为1200℃，时间为24h。
[0011]进一步地，步骤(2)中，冷轧处理的总变形量可以为75
‑
85％，优选为80％(有利于合金退火过程中发生再结晶和析出，防止轧制量过大出现裂纹)。
[0012]进一步地，步骤(2)中，退火的温度可以为600
‑
800℃，优选为600℃；时间为1
‑
6h，优选为6h。低温长时时效防止析出相长大和BCC相有序化。
[0013]目的之二，本专利技术提供了一种上述调控析出相AlCrFeNiV系高熵合金，其化学式为Al
0.4
Cr
0.7
Fe
x
Ni2V
0.2
(原子摩尔比)，其中，x选自0.5、1或2。
[0014]本专利技术的关键点：
[0015]1.基于FCC高熵合金普遍强度偏低，设计一种析出强化型FCC结构高熵合金，即Al
0.4
Cr
0.7
Fe
x
Ni2V
0.2
，其中，x选自0.5、1或2。采用真空电弧熔炼技术制备铸态合金，结合简单的轧制和退火处理，合金保留FCC结构基体的同时析出共格L12相和硬质BCC相。
[0016]2.本专利技术的高熵合金中Ni和Fe含量高，两者是FCC相稳定元素，能够确保高熵合金基体由FCC相组成；使用少量V元素替换了常用的价格昂贵的Co元素，降低了合金的成本；Fe尺寸原子较小，增加Fe含量降低了轧制诱发的位错和变形带密度，减少了BCC相的形核位点，抑制BCC相的析出。
[0017]3.本专利技术的高熵合金强化方式主要是析出强化，在FCC高熵基体上析出纳米尺寸与基体共格的L12相和硬质BCC相，显著提高高熵合金的强度，获得1000
‑
1500MPa的极限抗拉强度，同时保留有约5
‑
22％的塑性。BCC相含量是导致合金的塑性降低的主要原因，通过调节Fe元素含量调控析出BCC相的含量，在获得高强度高熵合金的同时保留良好的塑性。
[0018]由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：
[0019](1)、本专利技术通过合理的成分设计和匹配的热处理工艺，调控合金中析出相的种类以及含量，进而提升高熵合金的强度和塑韧性。所制备的析出强化合金包含三相，FCC基体相、BCC析出相和L12析出相。通过成分设计和热处理工艺实现合金中相含量调控，基于XRD实验数据测量BCC相含量，其中BCC析出相含量调控范围为5
‑
9.08％(体积分数)。
[0020](2)、本专利技术方案工艺流程短，操作方便，生产效率高，成本较低，可应用于工业生产。高熵合金包含的合金元素为Al、Cr、Fe、Ni、V，通过普通的金属原料制备，不含Pb、Be等有毒金属元素，因而在应用中具有安全性、经济性等方面的优点，为开发强塑性匹配的析出强化型高熵合金提供新路径。
[0021](3)、本专利技术所述高熵合金采用熔炼成型工艺以及形变热处理工艺制备而成，在韧性FCC基体上析出有序L12和BCC析出相。L12析出相与基体共格，错配度低，引起的局域弹性应变低，因而在提高材料强度的同时，仍可保持较好的塑性。BCC相是硬质相，是非共格析出相，但FCC基体具有高塑性和高的加工硬化能力，可以有效抑制非共格析出相和基体之间微裂纹的产生和扩展，故而可以保持较高的塑性。调控硬质非共格析出相含量可以在大幅度提升基体强度的同时保留足够的塑性，从而获得优异的强度
‑
塑性匹配性能。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)、按照化学式为Al
0.4
Cr
0.7
Fe
x
Ni2V
0.2
，其中，x选自0.5、1或2，称取金属单质铝、铬、铁、镍和钒，在氩气保护下，将金属原料加热至熔化，得到合金锭；在氩气保护下，继续加热重熔若干次，并浇铸成型，得到铸态高熵合金；(2)、将所述铸态高熵合金超声后，置于真空环境或者氩气保护环境中，加热进行固溶处理；然后进行冷轧处理，退火，得到调控析出相AlCrFeNiV系高熵合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述金属单质铝、铬、铁、镍和钒的纯度均大于99.9％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述重熔的次数至少为5次。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈琴，黄道柱，卢强，李方杰，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：