【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金及其制备方法，其属于合金材料。
技术介绍
1、低锰钢因其较低的锰含量(通常低于1.65％)和较高的强度、韧性而受到广泛关注。这种钢材以碳素结构钢为基础，通过适量添加其他合金元素(如硅、铬、镍等)实现性能的优化，能够满足建筑、汽车、桥梁和能源等领域的多样化需求。低锰钢中锰含量的降低虽然有助于降低成本和改善加工性能，但也可能导致材料强度不足和韧性降低。
2、近年来，高强韧fe-mn-ni合金因其在极端环境中的潜在应用价值而成为研究热点。例如，该体系合金可应用于高强度低温储罐、耐磨工程机械以及腐蚀环境下的关键部件。与传统的高锰钢和普通低锰钢相比，这类合金能够实现更优的强度和韧性匹配，同时在高应力和低温环境下具有优异的可靠性和耐久性。
3、然而，fe-mn-ni体系合金的开发需要解决一系列技术难题，首先是元素配比对相变行为的影响，锰和镍含量的变化不仅会影响合金的组织演变，如奥氏体和马氏体的稳定性，还会显著改变材料的形变机制(如孪生变形和滑移)；其次是析出强化与韧性平衡问题，通过合理设计合金成分和热处理工艺，可以在合金中形成稳定且细小的第二相颗粒，从而有效提高材料强度，但如果颗粒分布不均或过度析出，则可能引起韧性劣化。
4、因此设计一种能够实现工业化制备、工艺优化以及长周期性能稳定性的一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金及其制备方法是很有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术中存在的不足
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金及其制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1、按照如下化学成分以及质量比例配料，fe、mn、ni、c元素的金属粉末的质量百分比为：fe 91.2％，mn 2.8％，ni 5.7％，c 0.3％，采用超声波混合法混合，采用自然沉降法分离介质，并将粉末置于烘箱中干燥；
5、步骤2、将干燥后的粉末置于气体压缩机中进行热等静压处理，在氦气气体环境下进行熔炼，得到fe-mn-ni系合金铸锭；
6、步骤3、将铸锭进行固溶处理；
7、步骤4、将固溶处理后的铸锭进行热挤压，得到合金铸锭；
8、步骤5、将热挤压处理后的合金铸锭在750℃马弗炉中保温10min后空冷至室温，在盐浴炉150℃下保温30min后空冷至室温，得到超高强高韧的fe-mn-ni系合金。
9、进一步的，所述步骤1中fe、mn、ni、c粉末纯度均高于99.95％。
10、进一步的，所述步骤1中，fe、mn、ni、c金属粉末通过筛分工艺控制平均颗粒直径在50-100μm间。
11、进一步的，所述步骤1中，超声波混合法混合时，粉末质量与去离子水液体的比例为10:1，超声波处理器设定功率为350w，频率为40khz，进行30分钟的脉冲模式处理，液体温度应控制在50℃，完成混合后，采用自然沉降法，将粉末静置一天，收集底部沉积粉末，吸取上层清液，最后在120℃的烘箱中干燥2小时。
12、进一步的，所述步骤2中，热等静压在1000℃-1100℃的温度范围内进行，升温速度10℃/s，施加的压力为120mpa，加压时间为30分钟，保压时间为2小时；在加压过程中，温度和压力需均匀传递以确保致密化效果；处理结束后，采用10℃/min的冷却速率缓慢降温，最终得到fe-mn-ni系合金铸锭。
13、进一步的，所述步骤2中得到的fe-mn-ni系合金铸锭，其晶粒尺寸和组织均匀性通过光学显微镜和xrd分析进行检测，以确保满足后续处理需求。
14、进一步的，所述步骤3中，将铸坯在1200℃下保温90分钟完成固溶处理。
15、进一步的，所述步骤4中，将固溶处理后的材料在900℃到1000℃的温度范围内进行热挤压，挤压时施加的压力为1000mpa，挤压速度控制在5mm/s。
16、进一步的，所述步骤4中，完成挤压后，以10℃/min的速率进行冷却。
17、一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金，是通过上述所述的超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法制得。
18、采用上述进一步方案的有益效果是：通过精确的成分设计和热处理工艺的优化，显著提升了fe-mn-ni合金的硬度、韧性和组织均匀性，同时保持良好的成形能力和力学稳定性；
19、通过将铸坯在1200℃下保温90分钟完成固溶处理，在这个温度下，合金元素(如mn、ni、c)充分溶解到基体中，并且铸态组织中的偏析现象得到有效消除，铸态材料中常常存在元素偏析，可能导致材料性能的不均匀，影响后续加工中的质量和可靠性，通过1200℃的固溶处理，不仅有助于溶解原料中的合金元素，还能消除粗大晶粒结构，并使得材料的组织变得更加均匀；
20、气体压缩机通过高温高压惰性气体的均匀传递，可以实现粉末材料的致密化、孔隙消除和显微组织均匀化，能够在等向加压的同时保持材料的几何完整性，避免产生不均匀的变形或内应力，有效提高合金的力学性能和可靠性。
21、附图标记
22、图1为本专利技术的试样在不同热处理方式下的硬度图；
23、图2为本专利技术的试样在不同热处理方式下的硬度图；
24、图3为本专利技术的试样在不同热处理方式下的工程应力-应变曲线；
25、图4-a为本专利技术的实施例5中550℃下试样的2000倍断口形貌图；
26、图4-b为本专利技术的实施例5中650℃下试样的2000倍断口形貌图；
27、图4-c为本专利技术的实施例5中700℃下试样的2000倍断口形貌图；
28、图4-d为本专利技术的实施例5中750℃下试样的2000倍断口形貌图；
29、图4-e为本专利技术的实施例5中800℃下试样的2000倍断口形貌图；
30、图4-f为本专利技术的实施例5中950℃下试样的2000倍断口形貌图；
31、图5为本专利技术的试样在不同热处理方式下的工程应力-应变曲线；
32、图6为本专利技术的试样在不同热处理方式下的拉伸断口形貌图；
33、图7为本专利技术的试样在不同热处理方式下的工程应力-应变曲线；
34、图8为本专利技术的试样在不同热处理方式下的拉伸断口形貌图；
35、图9-a为本专利技术的实施例2的150倍金相图片；
36、图9-b为本专利技术的实施例2的250倍金相图片；
37、图9-c为本专利技术的实施例2的500倍金相图片；
38、图9-d为本专利技术的实施例3的150倍金相图片；
39、图9-e为本专利技术的实施例3的250倍金相图片；
40、图9-f为本专利技术的实施例3的500倍金相图片；
41、图9-g为本专利技术的实施例4的150倍金相图片；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中Fe、Mn、Ni、C粉末纯度均高于99.95％。
3.根据权利要求2所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，Fe、Mn、Ni、C金属粉末通过筛分工艺控制平均颗粒直径在50-100μm间。
4.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，超声波混合法混合时，粉末质量与去离子水液体的比例为10:1，超声波处理器设定功率为350W，频率为40kHz，进行30分钟的脉冲模式处理，液体温度应控制在50℃，完成混合后，采用自然沉降法，将粉末静置一天，收集底部沉积粉末，吸取上层清液，最后在120℃的烘箱中干燥2小时。
5.根据权利要求3所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，热等静压在1000℃-1100℃的温度范围内进行，升温速度10
6.根据权利要求5所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中得到的Fe-Mn-Ni系合金铸锭，其晶粒尺寸和组织均匀性通过光学显微镜和XRD分析进行检测，以确保满足后续处理需求。
7.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，将铸锭在1200℃下保温90分钟完成固溶处理。
8.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，将固溶处理后的合金铸锭在900℃到1000℃的温度范围内进行热挤压，挤压时施加的压力为1000Mpa，挤压速度控制在5mm/s。
9.根据权利要求8所述的一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，完成挤压后，以10℃/min的速率进行冷却。
10.一种超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金，其特征在于：是通过权利要求1至9中任一项所述的超高强高韧的Fe-Mn-Ni系合金的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中fe、mn、ni、c粉末纯度均高于99.95％。
3.根据权利要求2所述的一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，fe、mn、ni、c金属粉末通过筛分工艺控制平均颗粒直径在50-100μm间。
4.根据权利要求1所述的一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，超声波混合法混合时，粉末质量与去离子水液体的比例为10:1，超声波处理器设定功率为350w，频率为40khz，进行30分钟的脉冲模式处理，液体温度应控制在50℃，完成混合后，采用自然沉降法，将粉末静置一天，收集底部沉积粉末，吸取上层清液，最后在120℃的烘箱中干燥2小时。
5.根据权利要求3所述的一种超高强高韧的fe-mn-ni系合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，热等静压在1000℃-1100℃的温度范围内进行，升温速度10℃/s，施加的压力为120mpa，加压时间为30分钟，保压时间为2小时；在加压过...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国强，白雅凯，沈德鹏，张玉，唐炳涛，李新生，梁明，宋宪涛，董德骁，安业龙，石元茂，裴肖宁，
申请(专利权)人：山东省机械设计研究院，
类型：发明
国别省市：
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