【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金材料领域，特别涉及一种高强韧性铁基高熵合金及制备方法。
技术介绍
1、2004年，yeh和cantor等人提出了高熵合金(heas)或多主元合金(mpeas)的概念，这为金属材料的设计提供新的设计思路。高熵合金包含的元素种类较多，各元素之间相互作用，从而产生高熵效应、“鸡尾酒”效应、晶格扭曲效应和滞后扩散效应。这些效应使得高熵合金在某些方面具有比传统合金更好的性能，如高强度、高硬度、耐高温性、高耐腐蚀性和优异的低温断裂韧性。高熵合金已成为近年来金属材料的研究热点。
2、cocrfeni高熵合金是最早被广泛研究的高熵合金之一，这种合金具有单相fcc结构，在室温条件下具有优异的塑性，但强度较低。在此基础上，学者们在研究中通过添加al元素，成功地得到了一种具有调幅分解组织(b2+bcc)的alcocrfeni高熵合金，这种特殊的结构使合金具有较高的强度，同时保持着不错的塑性。然而，由于该合金含有大量的昂贵金属co，其制造成本相对较高。为了解决成本问题，研究人员提出了使用fe来代替co，以形成铁基高熵合金的方法。这种方法不仅能够保持调幅分解组织的结构，还能在合金经济性和强塑性之间实现良好的平衡。
3、马氏体(c在α-fe中的过饱和固溶体)是钢中常见的一种相变结构，它的形成是通过奥氏体经过快速冷却或变形处理转变而来。这种转变过程不仅可以提高钢的硬度和强度，还会伴随着细晶强化的出现，即在奥氏体转变成马氏体过程中会形成许多细小的马氏体晶粒。在铁基合金中，添加al元素通常会促进体心立方结构α-fe的形成
技术实现思路
1、针对现有的高熵合金强塑性难以兼备问题，本专利技术提供了一种高强韧性铁基高熵合金及制备方法；
2、为实现本专利技术目的，采用的技术方案如下：
3、一种高强韧性铁基高熵合金，其原料组分按原子摩尔百分比如下：ni：23～27％、co：3～7％、cr：3～7％、fe：38～47％、al：18～27％。
4、在一些实施方案中，当原料组分按原子摩尔百分比为：ni：25％、co：5％、cr：5％、fe：45％、al：20％时，合金为类马氏体组织的bcc+b2结构；当原料组分按原子摩尔百分比为：ni：25％、co：5％、cr：5％、fe：40％、al：25％时，合金为网络迷宫状的bcc+b2调幅分解组织结构。
5、一种高强韧性铁基高熵合金，合金制备步骤如下：
6、步骤(1)：原料配制，选用ni、co、cr、fe和al原材料的纯度大于99.98％(wt)，机械去除氧化层，超声清洗所选原材料，充分烘干；通过摩尔百分比换算质量百分比，将所需原材料ni、co、cr、fe和al按照所需质量要求进行配制。
7、步骤(2)：原料抽真空，将步骤(1)中配制好的原材料按熔点高低依次堆叠放置于水冷铜坩埚中，即从下到上为al、ni、co、fe和cr，同时将用于测氧和吸氧的纯钛放入另一铜坩埚中；腔内抽至9.0×10-3pa～9.5×10-3pa后，充入氩气，使腔内真空度达到-0.6×105pa～-0.5×105pa。
8、在一些实施例中，采用两次抽真空的处理方式，以达到抽真空的效果，如利用机械泵和分子泵对熔炼炉进行两次抽真空处理，第一次利用机械泵腔内抽至9.0×10-2pa～9.5×10-2pa后，充入氩气，使腔内真空度达到-0.6×105pa～-0.5×105pa；第二次利用分子泵腔内抽至9.0×10-3pa～9.5×10-3pa后，充入氩气，使腔内真空度达到-0.6×105pa～-0.5×105pa。
9、步骤(3)：熔炼，开始熔炼前，将焊枪调整至含有纯钛的铜坩埚中，引弧熔炼纯钛消除残余氧气，然后将焊枪调整至含有合金的铜坩埚中进行引弧，引弧电流由10～20a缓慢增加至300～320a，合金完全液化后，稳定熔炼3～4min，关闭电弧；待合金完全冷却凝固后，利用机械钩勺将其翻面，再重复以上操作5～6次，以获得铸态铁基高熵合金。
10、步骤(4)：热处理，将步骤(3)制备的铸态合金进行热处理，热处理工艺为均匀化热处理和退火处理，均匀化热处理温度900～1000℃和均匀化热处理时长7.5～8.5h，均匀化热处理升温速率为6～8℃/min，得到成分均匀组织，然后进行水淬，退火处理温度500～600℃和退火处理时长7.5～8.5h，退火处理升温速率为3～4℃/min，消除内应力，然后进行水淬，得到热处理态高强韧性铁基高熵合金；
11、本专利技术具有以下有益效果：
12、本专利技术制备的高熵合金，在设计思路上，基于fcc结构的cocrfeni高熵合金，降低昂贵金属co的含量，同时考虑到fe、co和ni在一定范围内有相互替代的作用，保持ni的含量25％不变，用fe代替co，而cr又会促进脆性相σ相的生成，于是将cr和co限制在5％，通过合理的成分调整和热处理后，成功制备了一种低成本的高强韧性铁基高熵合金，这种合金形成了特殊的类马氏体组织结构和超细小的网络迷宫状调幅分解组织结构，合金具有优异的室温压缩强度和塑性。
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1.一种高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比如下：Ni：23~27%、Co：3~7%、Cr：3~7%、Fe：38~47%、Al：18~27%，所述合金由BCC和B2相组成。
2.根据权利要求1所述的高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比为：Ni：25%、Co：5%、Cr：5%、Fe：45%、Al：20%时，合金为类马氏体组织的BCC+B2结构。
3.根据权利要求1所述的高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比为：Ni：25%、Co：5%、Cr：5%、Fe：40%、Al：25%时，合金为网络迷宫状的BCC+B2调幅分解组织结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，合金制备步骤如下：
5.根据权利要求4所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，原料组分按原子摩尔百分比如下：Ni：23~27%、Co：3~7%、Cr：3~7%、Fe：38~47%、Al：18~27%；优选为Ni：25%、Co：5%、Cr：5%、F
6.根据权利要求5所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，腔内抽至9.0×10-3Pa~9.5×10-3 Pa后，充入氩气，使腔内真空度达到-0.6×105 Pa~-0.5×105 Pa。
7.根据权利要求4所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，引弧电流由10~20A缓慢增加至300~320A，合金完全液化后，稳定熔炼3~4min。
8.根据权利要求4所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，热处理工艺为均匀化热处理和退火处理，均匀化热处理温度900~1000℃和均匀化热处理时长7.5~8.5h，均匀化热处理升温速率为6~8℃/min；退火处理温度500~600℃和退火处理时长7.5~8.5h，退火处理升温速率为3~4℃/min，得到高强韧性铁基高熵合金。
...【技术特征摘要】
1.一种高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比如下：ni：23~27%、co：3~7%、cr：3~7%、fe：38~47%、al：18~27%，所述合金由bcc和b2相组成。
2.根据权利要求1所述的高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比为：ni：25%、co：5%、cr：5%、fe：45%、al：20%时，合金为类马氏体组织的bcc+b2结构。
3.根据权利要求1所述的高强韧性铁基高熵合金，其特征在于，原料组分按原子摩尔百分比为：ni：25%、co：5%、cr：5%、fe：40%、al：25%时，合金为网络迷宫状的bcc+b2调幅分解组织结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，合金制备步骤如下：
5.根据权利要求4所述的高强韧性铁基高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，原料组分按原子摩尔百分比如下：ni：23~27%、co：3~7%、cr：3~7%、fe：38~47%、al：18~...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶喜葱，陈俊超，刁忠恒，雷浩峰，冯家兴，方东，李波，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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