一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金的设计开发制造技术

本发明专利技术公开了一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金的设计方法

【技术实现步骤摘要】
一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金的设计开发


[0001]本专利技术属于新型共晶高熵合金设计的
，特别涉及建立具有优异的高温力学性能的共晶高熵合金体系
。

技术介绍

[0002]随着社会发展水平和工程技术要求的提高，金属材料件在高温高转速等极端工作环境下对优异的高温力学性能的需求被广泛关注
。
由于所用材料的组织和性能在高温环境下须保持长时间的稳定状态，所以材料的高温性能在一定程度上体现了此类材料的综合性能
。
据了解，金属材料的比强度
、
热稳定性能的不足，是让其在高温环境下失效的主要原因，并严重制约着我国相关工业发展
。
然而，传统高温合金体系的设计思想会导致合金的结构和物理性能都被基体元素所限制，这对合金的高温性能有着不利影响，导致众多传统合金材料已不能满足相关应用需求
。
[0003]最近新兴的高熵合金
(HEAs)
为抗高温材料的设计提供了新的途径，特别是高熵合金表现出的优异的力学性能，腐蚀性能和摩擦磨损性能
。
但传统高熵合金的铸造性能较差
、
成分偏析
、
力学性能协调性弱等现象也进一步限制了其工程应用
。
为了克服上述局限性，将采用新的低熔点
、
高导热性
、
非均质结构的共晶高熵合金
(EHEAs)
体系来适应大规模生产和应用
。
而建立以高温合金元素为选择驱动力的新型共晶高熵合金体系，可以应对目前共晶数据库有关实际应用合金的严重短缺的问题
。
[0004]本专利技术将采用“简单混合焓”的设计原则，以
Fe
‑
Co
‑
Cr
‑
Ni
为基础合金体系，分两步加入高温合金元素
。
将参考元素和相结构的关系模型，并结合杠杆法及伪二元共晶相图优化元素配比，以获取新型高温共晶高熵合金的方法
。
该专利技术有望解决传统高熵合金的设计方法中，存在的所有共晶体系的探寻缺乏高效性的问题，并满足我国在高温或其他实际特定环境下对材料力学性能
、
热稳定性能等的需求
。
综上所述，建立新型高温共晶高熵合金体系，提出设计步骤和设计理论，对于后续高温共晶高熵合金的设计和应用具有非常重要的参考价值
。

技术实现思路

[0005]1.
一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金的设计开发，其特征在于，包括以下步骤：
[0006](1)
以
Fe
‑
Co
‑
Cr
‑
Ni
为基础合金体系
。
为获得稳定的共晶结构的固溶体高熵合金，先加入与基础合金体系中合金元素的混合焓较低的元素
M(M
＝
Mo
，
V)
x
＝
0.2
，后加入剩余高温合金元素和
N(N
＝
Nb)
y
。
借助平衡态评判标准和相结构调配，初步获取具有双相结构的高熵合金体系
。
[0007](2)
针对步骤
(1)
中的共晶高熵合金体系进行铸造验证实验
。
高熵合金粉末纯度为
99.0
～
99.5
％，粒度为
50
～
80
μ
m。
采用悬浮熔炼炉制备，高纯度氩气进行保护，熔炼过程4次重复，确保铸态合金成分均匀
。
[0008](3)
针对步骤
(2)
中的准共晶高熵合金铸件，进一步优化两相结构，对原有相结构的关联元素进行调整，至此可得到新的高温共晶高熵合金体系
。
[0009](4)
针对步骤
(3)
中得到的高熵合金，采用共晶相图中的杠杆法确定粗略的共晶点，在只考虑关键元素的前提下再次优化合金体系
。
从而可能得到新的实现完全共晶组织的高熵合金体系
。
[0010](5)
依据元素
(
组成
)
间的近似混合焓调整步骤
(4)
中还未实现完全共晶组织的合金体系中的相含量
。
进一步微调高熵合金体系中的元素含量，直到获得新的实现完全共晶组织的高熵合金体系
。
[0011]2.
一种按照权利要求1所述方法设计得到的新型高温共晶高熵合金，其特征在于：所述设计得到的共晶高熵合金铸件实现了面心立方
(FCC)
和密排六方
(HCP)
的双相共晶组织，且共晶宽度为
0.601
～
0.715
μ
m。
[0012]3.
一种按照权利要求1所述方法设计得到的新型高温共晶高熵合金，其特征在于：所述设计得到的共晶高熵合金铸件的性能，要优于用传统设计方法得到的共晶高熵合金的；且与已知的传统共晶高熵合金相比，更满足在高温或实际特定环境下对材料的结构力学性能等的选择
。
[0013]4.
一种按照权利要求1所述方法设计得到的新型高温共晶高熵合金，其特征在于：所述设计得到的共晶高熵合金铸件在
1000℃
的环境下具有较高的力学性能
。
相对于传统镍基高温合金，实现了
13
～
60
％的屈服强度增量
(
可达到
295
～
370MPa)
，抗压强度可达到
2300
～
3300MPa
，塑性应变可达到
33
～
51
％，应变硬化效果明显
。
[0014]用本专利技术方法设计得到的新型高温共晶高熵合金体系具有以下优点：
[0015]本专利技术以“简单混合焓”的设计原则为基础，参考合金元素和相结构的关系模型，并结合杠杆法则和伪二元共晶相图，开发一种具有优异高温力学能的新型共晶高熵合金
。
该方法包含多次的合金选择和优化，能够系统的总结设计步骤和设计思路，避免了传统设计方法中在特殊条件下存在的结构偏差的问题
。
设计出的合金共晶组织均匀，各相占比适中，可满足在高温下对力学性能的选择，可适用于高温高转速等情况的生产需要
。
本专利技术的样品可定制化生产，根据实际的生产需要进行设计优化，有很高的商业价值
。
[0016]综上，本专利技术提供一种新的高熵合金设计方法来设计一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金体系，该方法能够高效的获得目前生产所需的具有优异高温力学性能的高熵合金
。
该方法设计步骤灵活本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温力学性能优异的新型共晶高熵合金的设计开发，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
以
Fe
‑
Co
‑
Cr
‑
Ni
为基础合金体系
。
为获得稳定的共晶结构的固溶体高熵合金，先加入与基础合金体系中合金元素的混合焓较低的元素
M(M
＝
Mo
，
V)
x
＝
0.2
，后加入剩余高温合金元素和
N(N
＝
Nb)
y
。
借助平衡态评判标准和相结构调配，初步获取具有双相结构的高熵合金体系
。(2)
针对步骤
(1)
中的共晶高熵合金体系进行铸造验证实验
。
高熵合金粉末纯度为
99.0
～
99.5
％，粒度为
50
～
80
μ
m。
采用悬浮熔炼炉制备，高纯度氩气进行保护，熔炼过程4次重复，确保铸态合金成分均匀
。(3)
针对步骤
(2)
中的准共晶高熵合金铸件，进一步优化两相结构，对原有相结构的关联元素进行调整，至此可得到新的高温共晶高熵合金体系
。(4)
针对步骤
(3)
中得到的高熵合金，采用共晶相图中的杠杆法确定粗略的共晶点，在只考虑关键元素的前提下再次优化合金体系
。
从而可能得到新的实现完全共晶组织的高熵合金体系

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡养川，阎雅楠，韩俭，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：