一种超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法技术

技术编号：40125879 阅读：9 留言：0更新日期：2024-01-23 21:22

本发明专利技术属于高熵合金领域，特别涉及一种超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法。首先通过真空感应熔炼制备铸态板坯，然后将铸态板坯进行70％～75％压下率的多道次热轧，酸洗后再进行80％压下率的多道次温轧，最后在1050～1150℃进行高温短时退火得到最终退火板。本发明专利技术通过控制热轧和温轧温度来抑制合金变形过程中的相变行为，提高材料的轧制塑性。同时，通过优化退火工艺，尽可能细化晶粒，保留一定的位错密度，通过多种强化机制综合作用来提高合金的强塑性。所制备的Fe50Mn30Co10Cr10合金抗拉强度达到1050～1280MPa，延伸率为35％～58％，强塑积为40～73GPa。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高熵合金领域，特别涉及一种超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法。

技术介绍

1、高熵合金一般是指合金的主元素在5种或者5种以上，且各元素原子比在5％到35％之间。高构型熵被认为有利于形成稳定的固溶体结构，而不是复杂的金属间化合物，这种特殊的微观结构使高熵合金具有优异的性能。亚稳态双相结构的fe50mn30co10cr10高熵合金是近几年被开发出来的新型材料，该合金体系的层错能较低，相结构不稳定，变形容易触发相变诱导塑性(trip)效应和孪生诱导塑性(twip)效应从而克服金属材料的强度-延性平衡，是一种极具开发潜力的新型高熵合金。但是，现有fe50mn30co10cr10高熵合金的强度并不突出，有待进一步提升。此外，高熵合金普遍存在加工硬化率高，塑性轧制困难的问题。

2、从目前公布的专利来看，关于强化fe50mn30co10cr10高熵合金的专利较少，添加微合金元素是增强该合金强度最常用的方法之一。专利公开号cn114622120a报道了一种trip辅助femncocral三相异质高熵合金及其制备方法，添加适量的al元素后触发fcc(面心立方晶格)→hcp(密排六方晶格)相变，并引入了bcc(体心立方晶格)第三相，确实提高了一定的强度，但是延伸率也明显下降。专利公开号cn114855097a也报导了一种提高femncocr高熵合金强度和低温耐磨性的方法，在femncocr高熵合金上添加b元素，结果屈服强度和低温耐磨性均有不同程度的提高。此外，通过适当的加工和制造方法，合金的晶粒尺寸得

技术实现思路

1、针对上述现有的塑性轧制及强塑积低的问题，本专利技术的目的在于提供一种超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，实现fe50mn30co10cr10大压下率轧制及强塑积的大幅提升。

2、本专利技术的技术方案是：

3、一种超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，按照以下步骤进行：

4、(1)真空感应熔炼：选用纯度均大于99.9wt％的fe、mn、co、cr的高纯金属作为原料，各元素的原子比为：fe 50％、mn 30％、co 10％、cr 10％；按照设定成分将混合料放入真空感应炉熔炼，然后在方形铜模中浇铸成20mm厚的铸态板坯；

5、(2)热轧：将铸态板坯进行多道次热轧，热轧压下率为70％～75％，单道次压下率20％～30％，开轧温度为1100℃～1150℃，终轧温度为1000℃～1020℃，最后水冷至室温得到热轧板；

6、(3)温轧：将热轧板酸洗去除氧化铁皮后，在电阻箱式炉中加热至260～310℃，然后利用二辊轧机进行多道次轧制，压下率80％，单道次压下率15％～30％，得到温轧板；

7、(4)最终退火：将温轧板进行退火得到最终产品退火板，退火过程中采用氩气作为保护气体。

8、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(2)中，热轧板组织为fcc及hcp双相结构，其中fcc相体积比例为80％～90％。

9、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(3)中，温轧板组织为fcc单相结构。

10、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(4)中，温轧板退火温度为1050～1150℃，升温速率≥30℃/s，保温时间20s～25s，并进行空冷。

11、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(4)中，退火板组织均为fcc单相结构。

12、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(4)中，退火板为临界完全再结晶组织，平均晶粒尺寸为0.8～1.5μm。

13、所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，步骤(4)中，退火板板形良好，无裂纹，抗拉强度为1050～1280mpa，延伸率为35％～58％，强塑积为40～73gpa。

14、本专利技术的设计思想是：

15、fe50mn30co10cr10高熵合金在室温下冷轧的最大压下率为60％左右，通过控制热轧温度来减少热轧板中的hcp相，同时在后续采用温轧的方式提高材料的塑性，并严格控制温轧过程的相变行为，使变形组织为完全fcc结构。在随后退火过程中，采用高温短时退火，尽可能细化晶粒，同时保留一定的位错密度，以通过细晶强化、位错强化、以及trip、twip效应的综合作用来提高合金的强塑性。

16、与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是：

17、(1)fe50mn30co10cr10合金室温轧制超过60％压下率时易出现裂纹，不能制备更薄规格材料。本专利技术采用特殊的温轧工艺，有效的提高了材料的轧制塑性，可用于制备压下率超过80％以上的薄规格材料。

18、(2)本专利技术通过热轧-温轧-退火一体化工艺设计，对fe50mn30co10cr10合金的变形及热处理组织的结构、尺寸、相变行为进行有效调控，从而获得了超细fcc单相再结晶组织，为强度和塑性的提升提供组织基础。

19、(3)本专利技术中所涉及的fe50mn30co10cr10合金的强度最高达到1280mpa，塑积最高达到73gpa，比现有的材料分别提高300mpa、40gpa以上，具有非常优异的综合力学性能。

20、(4)本专利技术中没有添加其他贵重的合金强化元素，采用的是传统轧制和热处理工艺优化路线，生产成本低，适合批量生产。

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【技术保护点】

1.一种超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热轧板组织为FCC及HCP双相结构，其中FCC相体积比例为80％～90％。

3.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，温轧板组织为FCC单相结构。

4.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，温轧板退火温度为1050～1150℃，升温速率≥30℃/s，保温时间20s～25s，并进行空冷。

5.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，退火板组织均为FCC单相结构。

6.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，退火板为临界完全再结晶组织，平均晶粒尺寸为0.8～1.5μm。

7.根据权利要求1所述的超高强塑积Fe50Mn30Co10Cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，退火板板形良好，无裂纹，抗拉强度为1050～1280MPa，延伸率为35％～58％，强塑积为40～73GPa。

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【技术特征摘要】

1.一种超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热轧板组织为fcc及hcp双相结构，其中fcc相体积比例为80％～90％。

3.根据权利要求1所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，温轧板组织为fcc单相结构。

4.根据权利要求1所述的超高强塑积fe50mn30co10cr10合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，温轧板退火温度为1050～1150℃，升温速率≥3...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦海涛，吴文胜，唐延川，赵龙志，胡勇，刘德佳，赵明娟，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：

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