[发明专利]一种高性能铁基中熵合金及其热处理方法

说明书

本发明公开了一种高性能铁基中熵合金及其制备方法，本发明涉及金属材料技术领域。该合金包括以下摩尔百分比的组分：Al：12‑20at％，Cr：8‑12at％，Fe：35‑55at％，Ni：25‑45at％。本发明明确了铁基中熵合金的相选择规律，利用该规律可以实现对合金成分设计的科学指导以及性能预测。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体为一种高性能铁基中熵合金及其热处理方法。

背景技术

高性能合金作为重要的结构材料，在民用和国防工业中均承担着不可替代的作用。合金的强度及塑性是其机械性能的主要体现，因此提高强度和塑性是合金设计的重要目标。中熵合金以多种元素作为基体，具有广阔的成分设计空间，是一种新型的结构材料。因具有高强度、高硬度、高耐磨、高耐蚀等杰出的机械性能，中熵合金在理论研究和工业应用方面均表现出广泛的前景。其中不含Co的铁基中熵合金具有较低的成本，因此具有较大的应用前景。

现有的多种镍铁基中熵合金对于合金的成分缺乏系统的探究，对于合金的性能缺乏有效的调控，无法为其实际应用提供切实的指导。同样，现有高熵合金主要通过调控成分形成FCC+BCC的双相结构来平衡合金的强塑性，并且对于合金的性能着重于铸态。高熵合金中含有较高含量的昂贵Co、Ni元素，应用成本高。铁基中熵合金在成本和性能方面具有较好的平衡性，然而成分的变化对铁基中熵合金的力学性能有很大影响，并缺乏系统的研究，各种合金元素对相选择过程起到的作用不清楚，合金成分的确定缺乏科学性和系统性，造成合金的性能有较大的随机性。因此适当地选取合金元素及其含量，明确合金的相演化与组织规律，进而提高合金的力学性能是合金设计的重要问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高性能铁基中熵合金及其热处理方法

本发明第一个目的是提供一种高性能铁基中熵合金，包括以下摩尔百分比的组分：

Al：12-20at％，Cr：8-12at％，Fe：35-55at％，Ni：25-45at％。

优选的，包括以下摩尔百分比的组分：Al：15～17at％，Cr：10at％，Fe：36～49at％，Ni：26～36at％。

优选的，还包括以下摩尔百分比的组分：Mo：0-3at％，W：0-2at％，Mn：0-5at％，Ti：0-3at％，C：0-0.2at％。

本发明第二个目的是提供一种高性能铁基中熵合金的热处理方法，包括以下步骤：

将铸态的中熵合金锭施加一定变形量后，于1100～1250℃保温15～30min，随后进行淬火，获得第一次热处理的中熵合金锭；

将第一次热处理的中熵合金锭再施加一定变形量后，于1100～1250℃保温15～30min，随后进行淬火，即得热处理的高性能铁基中熵合金。

优选的，所述变形量为20～40％。

优选的，铸态的中熵合金锭是按照以下步骤制得：

在惰性气氛条件下，将按照元素的摩尔百分比称取的合金组分Al、Cr、Fe、Ni、Mo、W、Mn、Ti、C原料，于真空感应熔炼炉或真空电弧熔炼炉中，进行熔炼，待熔炼完成并彻底冷却后，获得合金锭；然后将合金熔体浇铸到模具中，即得铸态的中熵合金锭。

更优选的，熔炼时的温度为1500～1650℃。

优选的，所述热处理温度为1150～1250℃，保温15～600min。

优选的，施加变形量采用冷轧的方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：