一种碳化物强化的NiCoCr中熵合金及制备方法

本发明涉及合金制备，具体为一种碳化物强化的nicocr中熵合金及制备方法。

背景技术：

1、传统合金通常使用一种元素作为主要成分，性能的改善主要是添加少量其它合金元素。但是添加过量的合金元素会导致合金中形成一些金属间化合物。一旦形成脆性化合物，将严重影响合金的性能，导致性能下降。因此，在传统合金的设计理念中，当合金的性能满足应用要求时，应尽可能减少合金元素的种类。

2、然而，高熵合金(heas)的设计理念与传统合金截然不同。中熵合金(meas)和高熵合金(heas)由于其高混合熵效应、严重晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应，使其具有独特的微观结构特征，因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能，比如良好的综合力学性能以及热稳定性、优异的耐腐蚀性能和出色的抗辐照等。

3、在目前众多的heas体系中，面心结构(fcc)的h/mea最受关注，而其中等原子比nicocr中熵合金(mea)是典型代表，nicocr中熵合金具有非常低的堆垛层错能、原子尺度的短程有序结构、高晶格摩擦力和高孪晶形成能力。而且在室温和低温下会呈现出多阶段的变形机制特征，包括位错面滑移、孪生和相变。然而，粗晶单相nicocr中熵合金与fcc纯金属类似，虽然有较高的延性但屈服强度有限，限制了其工程应用，因此，大幅度提高粗晶nicocr的屈服强度同时保持高塑性是当前亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、针对nicocr中熵合金提高屈服强度的同时保持良好的塑性的问题，本发明提供一种碳化物强化的nicocr中熵合金及制备方法，使中熵合金实现高强度并保持了良好的塑性。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种碳化物强化的nicocr中熵合金，按质量百分比计，包括33.5～34.5％的ni，34～34.5％的co，0.8～1.7％的nb，28.5～30％的cr，0.6～1.7％的cr3c2。

4、优选的，所述nicocr中熵合金为双相结构，包括fcc基体相和碳化物增强相。

5、优选的，所述nicocr中熵合金的抗拉强度为1200-1205mpa，屈服强度为850-880mpa，断裂延伸率大于35％。

6、一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1、按质量百分比计，33.5～34.5％的ni，34～34.5％的co，0.8～1.7％的nb，28.5～30％的cr，0.6～1.7％的cr3c2熔炼得到合金铸锭；

8、步骤2、对合金铸锭进行多道次热轧处理，热轧温度975～1025℃；

9、步骤3、对热轧后的合金铸锭进行固溶处理，

10、步骤4、对固溶处理后的合金铸锭进行冷轧处理；

11、步骤5、对冷轧后的合金铸锭在800～900℃退火处理后淬火，得到碳化物增强的nicocr中熵合金。

12、优选的，步骤1中采用真空电弧熔炼方法进行熔炼得到合金铸锭。

13、优选的，步骤2中所述合金铸锭热轧的总变形量控制在35-45％，每道次后保温1.5min。

14、优选的，步骤3中固溶处理的方法为，在温度为1240～1260℃下进行固溶处理，时间为24h。

15、优选的，步骤4中所述冷轧处理的总变形量为65-75％。

16、优选的，步骤5中合金铸锭退火时间为60±10min。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

18、本发明提供一种碳化物强化的nicocr中熵合金，利用价电子浓度准则进行成分设计和简单的四步变形热处理，便可引入多种机制进行协同强化实现高强度和高塑性；通常情况下，粗晶nicocr合金由于其fcc结构的晶体学特征，有多个滑移系，塑性变形能力强，但是强度有限，其屈服强度一般为250～400mpa。因此为了提高屈服强度并保持良好塑性。本发明通过成分工艺和结构设计同时引入多种强化机制，使其屈服强度提高至2～3倍。并且每种强化机制都有显著的贡献，合金依然保持fcc基体，从而使合金强度提升的同时依然具有良好的塑性。本发明合金具有优良的室温力学性能，将nicocr中熵合金屈服强度提升至约868mpa，抗拉强度提升了至约1205mpa，同时兼具有35.5％的拉伸延性。

技术特征：

1.一种碳化物强化的nicocr中熵合金，其特征在于，按质量百分比计，包括33.5～34.5％的ni，34～34.5％的co，0.8～1.7％的nb，28.5～30％的cr，0.6～1.7％的cr3c2。

2.根据权利要求1所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金，其特征在于，所述nicocr中熵合金为双相结构，包括fcc基体相和碳化物增强相。

3.根据权利要求1所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金，其特征在于，所述nicocr中熵合金的抗拉强度为1200-1205mpa，屈服强度为850-880mpa，断裂延伸率大于35％。

4.一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤1中采用真空电弧熔炼方法进行熔炼得到合金铸锭。

6.根据权利要求4所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤2中所述合金铸锭热轧的总变形量控制在35-45％，每道次后保温1.5min。

7.根据权利要求4所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤3中固溶处理的方法为，在温度为1240～1260℃下进行固溶处理，时间为24h。

8.根据权利要求4所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤4中所述冷轧处理的总变形量为65-75％。

9.根据权利要求4所述的一种碳化物强化的nicocr中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤5中合金铸锭退火时间为60±10min。

技术总结
本发明公开了一种碳化物强化的NiCoCr中熵合金及制备方法，按质量百分比，包含33.5～34.5％的Ni，34～34.5％的Co，0.8～1.7％的Nb，28.5～30％的Cr，0.6～1.7％的Cr<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;；对上述原料融合为合金铸锭，然后对合金铸锭依次进行热轧、固溶处理、冷轧和退火处理，得到NiCoCr中熵合金；本发明通过对成分和工艺结构的设计同时引入多种强化机制，使NiCoCr中熵合金在强度提升的同时依然具有良好的韧性，该碳化增强的NiCoCr中熵合金不仅综合力学性能优异，而且工艺简单可行，该合金具有极大的工程应用前景。

技术研发人员：张金钰,张翀,刘刚,孙军
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16