两种低成本高强塑性的铁基中熵合金制造技术

本发明专利技术公开了两种低成本高强塑性的铁基中熵合金，以原子数百分含量计，包括：Fe：50％～65％、Ni：10％～20％、Cr：12％～18％、Si：3％～9％、Al：2％～8％，一种是以FCC相为主的非均质Fe

【技术实现步骤摘要】
两种低成本高强塑性的铁基中熵合金


[0001]本专利技术一般涉及合金
，具体涉及两种低成本高强塑性的铁基中熵合金。

技术介绍

[0002]开发在室温和液氮温度下具备优异强塑性的新型合金，对于低温工程应用具有重大意义，如储氮罐、液化天然气管道及航空航天等领域。面心立方(FCC)的中/高熵合金因其独特的低温力学行为而备受关注。但其通常表现出强度的不足，故限制了它们的适用性。
[0003]近年来，具有高廉价Fe含量的合金，又称铁基中熵合金，由于其具有优异的抗拉强度和均匀延展性，逐渐引起了人们的关注。由于较高的Fe含量能有效降低FCC相稳定性，从而在铁基中熵合金引入了形变诱发马氏体相变的效应。然而，早先报道的铁基中熵合金屈服强度较低，例如，Fe
50
Mn
25
Ni
10
Cr
15
中熵合金虽然在液氮温度(77K)下具有超过1GPa的抗拉强度和～80％的均匀延伸率，但屈服强度却不足500MPa；Fe
50
Co
30
Cr
10
V
10
合金在77K下的极限抗拉强度能达到2GPa，但其屈服强度仅有600MPa。因此，为了克服铁基中熵合金低屈服的短板，研究者们想到了许多强化合金的策略，例如采用时效处理析出第二相，通过设计梯度结构或非均质结构的方法等。然而，相比于其它合金，目前铁基中熵合金的强度仍需进一步改进。此外，大量昂贵的金属元素(如Co、Mo和V)也是限制其工业化应用的一个重要原因。简而言之，尽管铁基中熵合金取得了显著的进展，但其强塑性的矛盾以及较高的原材料成本仍然是目前极具挑战性的问题。因此，采用便宜的合金元素进行设计、并引入多种强韧化机制才能有望解决上述难题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的问题，本申请通过低价格的合金成分的精细调控，引入多种强化机制(包括细晶强化、沉淀强化、双相结构强化、相变强化、孪晶强化、异构强化)，提供了两种铁基中熵合金，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题。
[0005]两种低成本高强塑性的铁基中熵合金，以原子数百分含量计，包括：Fe：50％～65％、Ni：10％～20％、Cr：12％～18％、Si：3％～9％、Al：2％～8％。
[0006]进一步地，以原子数百分含量计，包括：Fe：62％、Ni：15％、Cr：13％、Si：7％、Al：3％。
[0007]进一步地，以原子数百分含量计，包括：Fe：62％、Ni：15％、Cr：13％、Si：3％、Al：7％。
[0008]进一步地，在该合金成分基础上还添加有微量元素，以原子数百分含量计，所述微量元素少于5％。
[0009]进一步地，所述微量元素包括C、B、Cu、Mo、Ti、Nb、V等的任意一种或多种。
[0010]本专利技术提供了两种低成本、高性能的铁基中熵合金，一种是以FCC相为主的非均质Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3合金；另一种是FCC+BCC的双相非均质Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si3Al7合金。将本专利技术与众多中/高熵合金以及一些传统钢铁材料作了比较，结果表明其不但在低温下有着较为
优异的强塑性，而且还有着媲美传统不锈钢的原材料成本。
附图说明
[0010]图1(a1)、(a2)和(a3)Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3合金退火态的EBSD相图、晶粒取向分布图和反极图；(b1)、(b2)和(b3)Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si3Al7合金退火态的EBSD相图、晶粒取向分布图和反极图。
[0011]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0012]图2(a)Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3和Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si3Al7合金的工程应力
‑
应变曲线；(b)对应的加工硬化曲线；(c)298K和77K下的强度对比图；(d)Al3和Al7合金的显微硬度。
[0013]图3Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3和Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si3Al7合金与其它合金在77K下的原材料成本与(a)屈服强度和(b)强塑积的对比图(c)Al3和Al7合金与其它合金在77K下的屈服强度和强塑积的对比图。
[0014]图4Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3合金退火态的TEM图：(a)和(b)明场图，插图显示了析出相的SAED图；(c)HAADF
‑
EDS图。
[0015]图5(a)和(b)表示不同应变阶段下Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si7Al3和Fe
62
Ni
15
Cr
13
Si3Al7合金的XRD图；(c)和(d)表示用XRD计算的Al3和Al7合金在77K下随着应变的增加，FCC和BCC相体积分数的变化。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0018]实施例一本专利技术提供两种低成本高强塑性的铁基中熵合金，以原子数百分含量计，包括：Fe：50％～65％、Ni：10％～20％、Cr：12％～18％、Si：3％～9％、Al：2％～8％。
[0019]具体的，在一些实施例中，Fe的具体含量可以为50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％等。
[0020]在一些实施例中，Ni的具体含量可以为：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％。
[0021]在一些实施例中，Cr的具体的含量可以为：12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％。
[0022]在一些实施例中，Si的具体的含量可以为：3％、5％、6％、7％、8％、9％。
[0023]在一些实施例中，Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.两种低成本高强塑性的铁基中熵合金，其特征在于，以原子数百分含量计，包括：Fe：50％～65％、Ni：10％～20％、Cr：12％～18％、Si：3％～9％、Al：2％～8％。其另一特征在于包含多种强化机制(包括细晶强化、沉淀强化、双相结构强化、相变强化、孪晶强化、异构强化)。2.根据权利要求1所述的两种低成本高强塑性的铁基中熵合金，其特征在于，以原子数百分含量计，包括：Fe：62％、Ni：15％、Cr：13％、Si：7％、Al：3％。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏然，高秋宇，冯石林，陈辰，王坦，吴少杰，蔡永福，李福山，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：