一种高韧性抗辐照多基元合金及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及低温环境领域和抗福照环境领域，具体设及一种高初性抗福照多基元 合金及制备方法。
【背景技术】
[0002] 低温下存储液化天然气、氨气和氧气等低温贬罐材料的选择，一直是工业上较为 关注的问题。另外，在一些热核聚变实验堆，其反应堆的线圈盒和整个支撑系统也需要超 低温材料，其中线圈盒的极限使用温度为-269°c，其它部件的使用温度也在-150°cw下。 目前，在该种极限环境中主要使用的316LN不诱钢材料，据文献（束润涛，陈方玉.核级 316LN纯奥氏体实巧焊丝焊接的超低温性能研究[J].现代焊接，2013, 12:28-32.)报道，核 级316LN纯奥氏体焊缝，在液氮-196°C温区，冲击功为81. 8J ;据文献（G巧ssel 0, Krilger L, Frommeyer G, Meyer LW. High strength Fe-Mn- (Al, Si)TRIP/TWIP steels develop ment-properties-application. International Journal of Plasticity. 2000 ; 16 (10-11) :1391-409.)报道，TWIP钢在液氮-196°C温区，冲击功为80.8J。其次，在经济、高效、 清洁能源核电中，核裂变堆中存在大量的福射，具有很大的危害性，抗福照材料的选择也 是核工业的重点研究方向，特别是超水临界堆（Super critical water reactor, SCWR)、 事故容错燃料（Accident Tolerant化el, AT巧等概念的提出和设计，未来核燃料包壳 材料的福射剂量更高，给未来抗福照材料的选择带来了前所未有的挑战。因此，需要在 低温材料领域W及抗福照材料领域需要选择合适安全性高的材料。多基元合金合金 (Multiple-Based-Element Alloys，MBE alloys)是近年来发展的新型材料，类似于高滴合 金。通常，多基元合金被认为是由=个W上的合金元素按照等原子比或近等原子比合金化， 其混合滴在烙点处可W克服混合洽的作用，即当：〇〉1，一般倾向于形成多基元固溶体相的 一类合金。该里Q =Tm* ASmh/l AHmhI，表示合金凝固时多基元固溶体相的形成能力。 A Smh为混合滴，I A HmhI为混合洽的绝对值，Tm为多基元合金的烙点。多基元合金具有高 的混合滴，高混合滴能够促进无序多组元固溶体的形成，该种多组元固溶体各组元之间固 溶度大，无法区分固溶体中的溶剂组元和溶质组元，称之为超级固溶体。多基元合金也更多 地体现出了多种合金元素的集体效应，使得多基元合金具有一些传统合金无法比拟的优异 性能，在工业生产方面具有巨大的潜在应用价值，超低温高性能材料的选择W及抗福照材 料的选择和应用，是未来相关工业重点发展的方向。
[0003] 现有的多基元合金的制备方法主要采用电弧烙炼和铜模吸铸的方法，所获得的多 基元合金铸锭质量在50g W下，铸锭体积小，铜模吸铸的体积也小，且操作复杂，使得多基 元合金未来的应用范围受到了限制，不利于未来工业大产品化方向的发展。
【发明内容】
[0004] 为有效解决上述问题，本发明提供了一种高初性抗福照多基元合金及制备方法。
[0005] 一种高初性抗福照多基元合金，所述该多基元合金为面屯、立方固溶体结构，合金 组分的原子比率表达式为AlxMCr化Ni，其中X为原子比率，0《X《50%，M是饥V、铺Mn或 钻Co中的任一种；
[0006] 进一步地，所述M为纯度在99.9%W上的饥V、铺Mn或钻Co中的任一种。
[0007] 进一步地，相组成结构为简单面屯、立方固溶体结构。
[000引一种制备上述的多基元合金的制备方法，包括W下步骤：
[0009] 步骤1 ;先设计合金成分的原子比率表达式为Al,MCrFeNi，其中，X为原子比率， 0《X《50%，再按照原子比率换算成质量比；
[0010] 步骤2:使用砂纸和砂轮机去除纯度在99. 9% W上的冶金原料A1、M(V、Mn或Co 一种）、&、化和Ni的表面氧化皮，并使用工业己醇超声波震清洗原料金属，烘干，待用；
[0011] 步骤3 ;按照步骤1中设计好的原子比率表达式，选择原子比率在步骤1中X范围 内金属原料M中的任意一种，将步骤2中处理过的原料分别进行精确称量配比，总质量在 1. 5kg ~5kg ;
[001引步骤4 ;将总质量为1. 5kg~5kg的金属原料，从真空磁悬浮烙炼炉的上腔体将部 分原料放入水冷铜相蜗中，其他原料放置在腔体预置处；
[001引步骤5:对真空磁悬浮烙炼炉的样品室进行抽真空，当真空度达到5X1(T中a后，充 入工业氣气直到炉内压力达到半个大气压，40kw、80kw、120kw阶梯式功率感应加热，加热时 间依次为2~3mins、4~5mins、7~8mins，多基元合金原料融化；
[0014] 步骤6;将放置在腔体预置处的多基元合金原料，加入已经为融化状态的多基元 合金原料中，再次进行阶梯式功率感应加热；
[0015] 步骤7 ;铸锭倒置，待原料全部加入后，再反复烙炼2~3次，烙炼冷却成合金锭， 该合金锭结构主要为面屯、立方固溶体，所述合金锭为大尺寸多基元合金，质量为1. 5kg~ 5kg。
[0016] 本发明的有益效果；本发明制成的高初性抗福照AlyMCr化Ni系多基元合金，合金 组分的原子百分比表达式为；AlxMCrFeNi，其中，0《X < 50at%，M是Co、Mn或V中的任一 种。该多基元合金为面屯、立方固溶体结构，在初性和抗福照方面性能优异，不存在初脆转变 温度。室温下，冲击功为294. 34J，而且温度越低，冲击初性越高，在液氮-196°C温区，冲击 功为371. 45J，较TWIP钢的冲击初性提高360%，较核级316LN纯奥氏体钢焊缝金属提高 364%。在福照剂量为0~6(Mpa左右，该多基元合金的福照肿胀率较化-15化-20Ni不诱 钢降低95. 8%。在低温材料和抗福照材料方面都有广阔的应用前景。
[0017] 本发明与现有技术相比所具有的优势在于：
[001引 （1)本发明的制备出的AlyMCr化Ni系多基元合金，不存在初脆转变温度，室温 下，冲击功为294. 34J，而且温度越低，冲击初性越高，在液氮-196°C温区，该高滴合金的冲 击功为371. 45J，TWIP钢的冲击功为80. 8J，核级316LN纯奥氏体钢焊缝金属的冲击功为 81. 8J。较TWIP钢的冲击初性提高360%，较核级316LN纯奥氏体钢焊缝金属的冲击初性提 高 364%。
[0019] (2)与现有奥氏体不诱钢化-15化-20Ni (福照参数；化离子福照；6(Mpa福照剂 量；常温）的抗福照肿胀率相比，抗福照肿胀率降低95.8%。本发明多基元合金福照参数： Au离子福照；剂量；56化a福照剂量；常温。
[0020] (3)制备出的多基元合金体积可调，较传统电弧烙炼和铜模吸铸的方法，可W制备 出较大体积的多基元合金材料，利于未来工业大产品化方向的发展。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例中高初性抗福照多基元合金铸锭示意图；
[0022] 图2为本发明实施例1合金福照前后X畑曲线示意图；
[0023] 图3为本发明实施例1合金福照肿胀率曲线示意图；
[0024] 图4为本发明实施例1合金冲击功曲线示意图；
[0025] 图5为本发明实施例1合金在RT(298K)、200K、77K S个温度下冲击断口形貌图；
[0026] 图6为本发明实施例2合金铸态的X畑曲线示意图。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并 不用于限定本发明。
[002引相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法W及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有该些细节部分的 描述也可W完全理解本发明。
[0029] 本发明提供了一种高初性抗福照多基元合金及制备方法，制成的Al,MCr化Ni系 多基元合金，合金组分的原子百分比表达式为；Al,MCrFeNi，其中，0《X < 50%，M是Co、 Mn或V中的任一种。该多基元合金为面屯、立方固溶体结构，在初性和抗福照方面性能优 异，不存在初脆转变温度，室温下，冲击功为294. 34J，而且温度越低，冲击初性越高，在液 氮-196°C温区，冲击功为371. 45J，较TWIP钢的冲击初性提高360%，较核级316LN纯奥氏 体钢焊缝金属提高364%。在福照