【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及合金及其制法，具體為一種納米析出強化型多主元合金及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、磨損，作為材料的三大失效方式之一，會造成零件形狀改變、傳動效率下降、設(shè)備失靈等問題。作為制造業(yè)中的重要消耗材料，耐磨金屬廣泛應(yīng)用于采礦、建筑、冶金、國防、汽車、船舶、化工、鐵道、煤炭、石油等領(lǐng)域。目前最常見的提高金屬耐磨性能的途徑有兩種，一種是提高金屬基體強度，如耐磨高錳鋼等，另一種是向基體中引入耐磨第二相來提高材料強度，如高鉻鑄鐵、高釩高速鋼等。未來開發(fā)高性能耐磨金屬的方向之一，就是使合金兼具高強韌基體和優(yōu)質(zhì)耐磨第二相，然而傳統(tǒng)的合金設(shè)計理念在一定程度上限制了這一理念的發(fā)展。
2、自2004年問世以來，多主元合金憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性能、抗疲勞和腐蝕性能，以及高溫處理過程中的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。研究表明，固溶強化、析出強化以及加工硬化等傳統(tǒng)合金的強化方式同樣適用于多主元合金。然而，目前相關(guān)研究多集中于高熵合金表面硬化處理或高熵耐磨涂層，如通過高溫滲碳法使高熵合金表面形成納米碳化物提高表面耐磨性，又或者通過制備高熵合金耐磨涂層降低基體材料的磨損程度等，但這些提高耐磨性能的方法只局限在材料表面，對于合金基體耐磨性能的提升程度有限。
3、現(xiàn)有的珠光體型多主元耐磨合金，通過增加珠光體相變提高合金性能，但珠光體轉(zhuǎn)變達到飽和時會發(fā)生粗化，使強化效果顯著減弱，難以在中高溫環(huán)境中長時間服役。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的一種納米析出強化型多主元合金，包括以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素：co：24～27wt.％，ni：22～25wt.％，ti：4～6wt.％，其余為fe；合金的組織中分布有bcc相和析出相，析出相為l12型晶體結(jié)構(gòu)，尺寸10～35nm，呈球狀彌散分布于合金bcc相中。
3、進一步地，合金的硬度大于600hv，磨損率小于4.0×10-5mm3/(n·m)。
4、進一步地，原料純度＞99.99％。
5、本專利技術(shù)所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，包括以下步驟：
6、步驟一，合金設(shè)計：以co、ni、fe、ti四種元素為主元，基于遺傳算法和熱力學(xué)軟件，繪制以ti含量為變量的多主元合金相圖，通過相圖篩選出能夠形成較寬雙相區(qū)的各合金元素的含量分別為co：24～27wt.％，ni：22～25wt.％，ti：4～6wt.％，其余為fe；
7、步驟二，合金熔煉：稱量co、ni、fe和ti原料，放入1500～2000℃真空感應(yīng)爐熔煉爐中，抽真空，引入磁攪拌，重復(fù)熔煉至原料充分熔化并均勻，快速倒于模具中，冷卻成鑄錠；
8、步驟三，均勻化處理：將鑄錠在氬氣氣氛、1000～1200℃下煅燒，保溫后水冷；
9、步驟四，冷軋工藝：將步驟三所得物切割成為長方體，采用多道次軋制，獲得厚度為1mm～2mm的板材；
10、步驟五，兩級時效處理：將步驟四所得物進行900～1000℃退火處理，冷卻至300～820℃，再進行500～600℃時效處理，水冷。
11、進一步地，步驟一中，選擇具有寬雙相區(qū)的目的是為了通過熱處理實現(xiàn)相的調(diào)控。
12、進一步地，步驟二中，抽真空至小于5×10-3pa。重復(fù)熔煉的次數(shù)為3次以上，優(yōu)選為3～5次，進步一提高合金的均勻性。逐漸增加輸入功率，使得爐溫1500～2000℃，從而控制爐料的熔化速度，最大限度減少樣品的揮發(fā)。
13、進一步地，步驟三中，保溫時間為20～28h。
14、進一步地，步驟四中，多道次軋制的軋制量為70～90％，軋輥轉(zhuǎn)速200～400r/min。長方體的厚度為8～12mm。采用20t雙輥軋機。
15、進一步地，步驟五中，退火處理保溫10～20min。時效處理保溫30s～50h。將板材置于雙通道管式爐中反應(yīng)，選擇雙通道爐溫的目的是為了通過熱處理實現(xiàn)析出相的形成，選擇隨爐冷卻的目的是為了抑制共析轉(zhuǎn)變以確保析出相的形成。
16、制備原理：本專利技術(shù)控制兩級時效處理中，高溫通道溫度900～1000℃，保溫時間10～20min。如果溫度低于所限定值，會弱化合金的固溶效果，不能獲得單一fcc相；如高于所限值，則易造成晶粒粗化，使性能下降。
17、本專利技術(shù)控制兩級時效處理中，高溫通道處理結(jié)束后隨爐冷卻，爐冷終了溫度300～820℃。在降溫過程中，過飽和的固溶原子開始聚集成l12型析出相，同時fcc基體被消耗，抑制低溫通道處理時fcc相發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。
18、本專利技術(shù)控制兩級時效處理中，低溫通道溫度500～600℃，保溫時間30s～50h。在該溫度范圍保溫，是為了促進基體中的過飽和固溶原子得到充分的聚集，析出相在合金中的析出動力學(xué)普遍采用阿弗拉密動力學(xué)方程來描述，在驅(qū)動力和擴散的雙重作用下，析出相形核率與溫度的關(guān)系呈“c”型，若低于所限值，原子的擴散效果較弱，若高于所限值，析出驅(qū)動力較低，且析出相會發(fā)生ostwald長大行為。在500～600℃兩相區(qū)進行時效處理，納米級l12型析出相的析出驅(qū)動力與原子擴散效果匹配最佳，形核率較高，不會出現(xiàn)析出相溶解和明顯的長大行為。
19、有益效果：本專利技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著性特點：
20、1、適用于高溫環(huán)境，多主元合金高硬度高耐磨，具有hv600～830的高硬度和低于4.0*10-5mm3/(n·m)的磨損率，具有較好的應(yīng)用前景；
21、2、熱處理工藝流程，在避免溶解和明顯長大的基礎(chǔ)上，在conifeti多主元合金基體中制備了大量彌散分布的、尺寸10～35nm的l12型球狀納米析出相；
22、3、合金制備方式簡單，原料利用率高，制備成本較低，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
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1.一種納米析出強化型多主元合金，其特征在于：包括以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素：Co：24～27wt.％，Ni：22～25wt.％，Ti：4～6wt.％，其余為Fe；所述合金的組織中分布有BCC相和析出相，所述析出相為L12型晶體結(jié)構(gòu)，尺寸10～35nm，呈球狀彌散分布于合金B(yǎng)CC相中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金，其特征在于：所述合金的硬度大于600HV，磨損率小于4.0×10-5mm3/(N·m)。
3.一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，抽真空至小于5×10-3Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，重復(fù)熔煉的次數(shù)為3次以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟三中，保溫時間為20～28h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟四中，長方體的厚度為8～12mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟五中，退火處理保溫10～20min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟五中，時效處理保溫30s～50h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種納米析出強化型多主元合金，其特征在于：包括以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素：co：24～27wt.％，ni：22～25wt.％，ti：4～6wt.％，其余為fe；所述合金的組織中分布有bcc相和析出相，所述析出相為l12型晶體結(jié)構(gòu)，尺寸10～35nm，呈球狀彌散分布于合金bcc相中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金，其特征在于：所述合金的硬度大于600hv，磨損率小于4.0×10-5mm3/(n·m)。
3.一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于：所述步驟二中，抽真空至小于5×10-3pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米析出強化型多主元合金的制備方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫文文，高曉軻，安旭龍，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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