，球磨时间控制为48h，得到粒度小于等于13 μπι的机械合金化粉末。将机械合金化的粉末装入钢包套，抽真空除气、封焊，然后在950°C挤压成形，再将挤压棒材在950°C进行总压下量为70%的轧制，最后将合金在1050°C退火lh。制备的合金，基体晶粒尺寸约为600nm，基体中均匀弥散分布纳米Y2O3粒子(10-20nm)，其平均颗粒尺寸为14nm，在室温、500°C和600°C的抗拉强度分别为1135MPa、898MPa和654MPa，断后伸长率分别为15.7%，15%和17.5%。
[0042]实施例1:
[0043]设计合金成分为:Fe-13.6Cr_3.3W_0.3YN(质量分数)
[0044]实验所用原料为雾化预合金粉末(成分为Fe-13.6Cr_3.3W，质量分数)和YN粉末。其中，预合金粉末的粒度小于等于75μπι(-200目)，YN粉末的平均粒径为小于等于10 μπι。在预合金粉末中添加质量分数为0.3%的YN粉末，混合后置入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气，球磨，球磨转速为350rpm，球磨时间控制为48h，得到粒度小于等于12 μπι的机械合金化粉末。将机械合金化的粉末装入钢包套，抽真空除气、封焊，然后在950°C挤压成型，再将挤压棒材在950°C进行总压下量为70%的轧制，最后将合金在1050°C退火lh。制备的合金，基体晶粒尺寸约为500nm，基体中均匀弥散分布有大量细小的纳米粒子，其颗粒尺寸小于6nm (见附图1)，在室温、500 °C和600 °C的抗拉强度分别为146 IMPa、1127MPa和825MPa，断后伸长率分别为14.7%，16.6%和19.2%。
[0045]实施例2:
[0046]Fe-13.9Cr_4.0W-1YN(质量分数)
[0047]实验所用原料为雾化预合金粉末(成分为Fe-13.9Cr_4.0W，质量分数)和YN粉末。其中，预合金粉末的粒度小于等于为75μπι(-200目)，YN粉末的平均粒径为小于等于10 μπι。在预合金粉末中添加质量分数为1%的YN粉末，混合后置入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气，球磨，球磨转速为300rpm，球磨时间控制为60h，得到粒度小于等于10 μπι的机械合金化粉末。将机械合金化的粉末装入钢包套，抽真空除气、封焊，然后在1000°C挤压成型，再将挤压棒材在1000°C进行总压下量为60%的轧制，最后将合金在1050°C退火lh。制备的合金，基体晶粒尺寸约为500nm，基体中均匀弥散分布有大量细小的纳米粒子，其平均颗粒尺寸为8nm，在室温、500°C和600°C的抗拉强度分别为1590MPa、1307MPa和895MPa，断后伸长率分别为12.5%,14.1%和16.7%o
[0048]实施例3:
[0049]Fe-15.2Cr_3.7W~0.5YN (质量分数)
[0050]实验所用原料为雾化预合金粉末(成分为Fe-15.2Cr_3.7W，质量分数)和YN粉末。其中，预合金粉末的粒度小于等于75 μπι(-200目)，YN粉末的平均粒径小于等于10 μπι。在预合金粉末中添加质量分数为0.5 %的YN粉末，混合后置入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气，球磨，球磨转速为300rpm，球磨时间控制为60h，得到粒度小于等于9.5 μπι的机械合金化粉末。将机械合金化的粉末装入钢包套，抽真空除气、封焊，然后在1000°C挤压成型，再将挤压棒材在1050°C进行总压下量为40%的锻造，最后将合金在1050°C退火lh。制备的合金，基体晶粒尺寸约为500nm，基体中均匀弥散分布有大量细小的纳米粒子，其平均颗粒尺寸为7nm，在室温、500°C和600°C的抗拉强度分别为1506MPa、1164MPa和879MPa，断后伸长率分别为13.5%,14.2%和15.3%o
[0051]实施例4:
[0052]Fe-14.2Cr_3.7ff-l.0T1-0.5YN (质量分数)
[0053]实验所用原料为雾化预合金粉末(成分为Fe-15.2Cr_3.7W，质量分数)和YN粉末。其中，预合金粉末的粒度小于等于75 μπι(-200目)，YN粉末的平均粒径小于等于10 μπι。在预合金粉末中添加质量分数为0.5 %的YN粉末，混合后置入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气，球磨，球磨转速为300rpm，球磨时间控制为60h，得到粒度小于等于9 μπι的机械合金化粉末。将机械合金化的粉末装入钢包套，抽真空除气、封焊，然后在900°C挤压成型，再将挤压棒材在1150°C进行总压下量为40%的锻造，最后将合金在1100°C退火2h。制备的合金，基体晶粒尺寸约为500nm，基体中均匀弥散分布有大量细小的纳米粒子，其平均颗粒尺寸为7nm，在室温、500°C和600°C的抗拉强度分别为1595MPa、1435MPa和910MPa，断后伸长率分别为10.5%,13.2%和14.3%。
【主权项】
1.一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金，包括基体和增强相；其特征在于: 所述基体以质量百分比计包括:Cr:12-17% ；ff:1-4% ;余量为 Fe ； 所述增强相包括氮化钇； 所述氮化纪的质量为基体质量的0.3-1%。
2.根据权利要求1所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金；其特征在于: 所述基体以质量百分比计包括:Cr:12-16% ；ff:2-4% ；M:0-1% ;余量为 Fe ； 所述的M为T1、Zr、Al中的至少一种； 所述增强相包括氮化钇； 所述氮化钇的质量为基体质量的0.3% -0.7%。
3.根据权利要求2所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金；其特征在于: 所述基体以质量百分比计包括:Cr:13-15% ；ff:3-4% ；M:0-1% ;余量为 Fe ； 所述的M为T1、Zr、Al中的至少一种； 所述增强相包括氮化钇； 所述氮化钇的质量为基体质量的0.3% -0.5%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金，其特征在于:所述氮化钇弥散强化铁基合金的室温抗拉强度为多1450MPa、500°C的抗拉强度为彡1100MPa、600°C的抗拉强度为彡800MPa。
5.一种制备如权利要求4所述的纳米氮化钇弥散强化铁基合金的方法；其特征在于，包括下述步骤: 步骤一 按基体合金粉末质量的0.3-1%称取氮化钇粉末，在保护气氛下，与基体合金粉末进行混合、球磨，得到机械合金化粉末； 所述基体合金粉末以质量百分比计包括:Cr:12-17%, W:1-4%, M余量为Fe ；球磨时，控制转速为250-350rpm、球磨时间为30-60h ;所述的M为T1、Zr、Al中的至少一种； 步骤二 对步骤一所得机械合金化粉末装入包套、真空除气、封焊，然后热挤压成形，成形后依次进行热轧或热锻、高温退火，得到氮化钇弥散强化铁基合金；热挤压成形温度为900-1000°C ;热轧或热锻温度为950-1150°C ;高温退火温度为1050_1200°C。
6.根据权利要求5所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金的制备方法，其特征在于:步骤一中，氮化钇粉末的粒度小于等于10 μm;基体合金粉末的粒度小于等于150 μπι。
7.根据权利要求5所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金的制备方法，其特征在于:步骤一中，所述保护气氛选自氩气、氦气中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金的制备方法，其特征在于:步骤一中，球磨时，控制球料质量比为8-12:1。
9.根据权利要求5所述的一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金的制备方法，其特征在于:步骤二中，热挤压成形时，控制挤压比为6-15:1 ;热轧制时，控制总变形量为50-80% ； 热锻时，控制总变形量为30-60% ;高温退火时，控制退火时间为l_2h。
【专利摘要】本发明涉及一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金及制备方法，属于粉末冶金材料领域。本发明所述铁基合金，包括基体和增强相；所述基体以质量百分比计包括：Cr：12-17％、W：1-4％，余量为Fe；所述增强相包括氮化钇。本发明将基体预合金粉末与氮化钇混合球磨，将氮化钇破碎成纳米颗粒，均匀分散到铁基预合金粉末基体，然后对粉末固结成形，制备得到纳米氧化钇弥散强化铁基合金。本发明在合金基体中有效获得大量细小、弥散分布的纳米粒子，确保铁基合金具备优异的室温、高温力学性能，降低了制备技术难度，有利于大批量制备性能稳定的弥散强化铁基合金。
【IPC分类】C22C38-22, B22F3-20, C22C38-28, C22C33-02
【公开号】CN104630639
【申请号】CN201510104667
【发明人】刘祖铭, 黄立清, 黄伯云, 段清龙, 郭旸, 陈仕奇
【申请人】中南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月10日