CoCrFeNi多基元合金絲材及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種熱拉拔AlxCoCrFeNi多基元合金絲材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002](I)多基元合金(Multiple-Basis-ElementAlloys, MBE alloys)是近年來發(fā)展的新型材料。通常，多基元合金被認為是由三種以上的合金元素按等原子比或近等原子比合金化，其高混合熵能促進無序多組元固溶體的形成，這種多組元固溶體各組元之間固溶度大，無法區(qū)分固溶體中的溶劑組元和溶質(zhì)組元，稱之為超級固溶體。研宄表明，在相同的硬度水平下，多基元合金的耐磨性是傳統(tǒng)耐磨鋼的3.6倍；輻照腫脹率較傳統(tǒng)Fe-15Cr-20Ni不銹鋼降低95.8 % ;耐腐蝕性能優(yōu)于304不銹鋼；且在1000°C下12小時退火后隨爐冷不會出現(xiàn)回火軟化現(xiàn)象(Yong Zhang, Ting Ting Zuo, et al.；PR0G MATERSCI, 2014，61:1-93.)。
[0003]目前材料在極端工程環(huán)境下應(yīng)用成為工業(yè)生產(chǎn)中的重要問題，如石油化工鉆機設(shè)備零部件、發(fā)動機缸體、礦山機械關(guān)鍵部件、核工業(yè)材料等，且對材料的硬度、摩擦磨損、抗高溫氧化以及抗腐蝕性能等提出更高要求。因此，多基元合金薄膜在這些領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。但采用傳統(tǒng)電鍍法制備的涂層難以適應(yīng)現(xiàn)代機械高溫、高速的工作要求，且內(nèi)層存在微裂紋造成鍍層表面剝落，沉積速度慢，鍍鉻工藝生產(chǎn)過程中廢液廢氣嚴重污染環(huán)境。目前采用激光熔覆粉末(Qiu X W，Liu C G.JALLOY C0MPD, 2013, 553:216-220.)或磁控濺射靶材(Dolique V, ThomannAL, et al.MATER CHEM PHYS, 2009, 117(1):142-147.)等方法制備多基元合金涂層效率低，成本昂貴，不適于重載場合及大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
[0004]針對多基元合金高硬度、高抗氧化性、高溫穩(wěn)定性、抗福照、高耐磨耐蝕等優(yōu)異性質(zhì)，發(fā)明旋鍛拉拔技術(shù)制備的高熵合金絲材，并應(yīng)用于效率高，成本低，涂層厚度大，零件尺寸限制小，適宜現(xiàn)場大面積施工的環(huán)保電弧噴涂領(lǐng)域，突破常規(guī)電弧噴涂所用絲材的性能限制，得到更優(yōu)異性能的多基元合金涂層，市場應(yīng)用前景廣闊。對于該種高性能及抗輻照材料的選擇和應(yīng)用，是未來相關(guān)工業(yè)重點發(fā)展的方向。所以，本發(fā)明的制備方法制成的AlxCoCrFeNi多基元合金絲材可適用于電弧噴涂原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本
【發(fā)明內(nèi)容】
針對目前電鍍鉻層難以適應(yīng)現(xiàn)代機械高溫、高速的工作要求，工藝生產(chǎn)過程嚴重污染環(huán)境等缺點，提出了一種適用于電弧噴涂的多基元合金絲材及其制備方法。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案是:
[0007]步驟1:先設(shè)計合金成分的原子百分比表達式為AlxCoCrFeNi,其中，O ^ x ^ 0.5再將原子百分比換算成質(zhì)量比，并用電子天平稱取原料，所述各組元原料純度大于99.9%,原料總重為2?6kg ；
[0008]步驟2:將步驟I稱取的原料加入真空磁懸浮熔煉爐中，反復(fù)熔煉4次，制備成2?6kg圓柱形合金錠；
[0009]步驟3:在1000?1200°C的溫度范圍內(nèi)利用400kg空氣錘對合金錠進行自由鍛造，將其鍛造成方坯，繼續(xù)在1000?1200°C的溫度范圍內(nèi)，利用鍛造模具鍛得直徑為13?16mm的棒材；
[0010]步驟4:在900?1100°C的溫度范圍內(nèi)將棒材進行熱旋鍛，每道次旋鍛進給量為
0.5mm?1_，總熱旋鍛道次為15?30次，并在每道次后進行一次回火，最終旋鍛線材尺寸為 5mm ?10mm ；
[0011]步驟5:在900?1100°C的溫度范圍內(nèi)將熱旋鍛線材進行熱拉拔，每道次熱拉拔尺寸為2%?10%，并在每道次后進行一次回火，總熱拉拔道次為15?30道次，總變形量為70%?80%，最終制得直徑為Imm?3mm多基元合金絲材。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢在于:
[0013](I)突破傳統(tǒng)將多基元合金加工成塊體的限制，成功制備出多基元合金絲材。
[0014](2)旋拔工藝流程簡單，大幅降低成本，使批量生產(chǎn)和實際應(yīng)用成為可能。
[0015](3)多基元合金絲材在加工過程中變形均勻，周向均勻壓縮，不易在絲材表面產(chǎn)生裂紋，因此成品的質(zhì)量優(yōu)良，且不易扭曲。
【具體實施方式】
[0016]實施方式一:
[0017]先設(shè)計合金成分的原子百分比表達式為Ala3CoCrFeNi，再將原子百分比換算成質(zhì)量比，并用電子天平稱取原料，所述為各組元原料純度大于99.9%，原料總重為3kg。將稱取的原料加入真空磁懸浮熔煉爐中，反復(fù)熔煉4次，制備成3kg圓柱形合金錠。在1150°C的溫度范圍內(nèi)利用400kg空氣錘對合金錠進行自由鍛造，將其鍛造成方坯，繼續(xù)在1150°C的溫度范圍內(nèi)，利用鍛造模具鍛得直徑為15_的棒材。在1000°C的溫度范圍內(nèi)將棒材進行熱旋鍛，每道次旋鍛進給量為0.5mm?1_，總熱旋鍛道次為15?30次，并在每道次后進行一次回火，最終旋鍛線材尺寸為6_。在950°C的溫度范圍內(nèi)將熱旋鍛線材進行熱拉拔，每道次熱拉拔尺寸為2%?10%，并在每道次后進行一次回火，總熱拉拔道次為15?30道次，總變形量為70%?80%，最終制得直徑為3.1mm多基元合金絲材。
[0018]實施方式二:
[0019]先設(shè)計合金成分的原子百分比表達式為Ala 3CoCrFeNi，再將原子百分比換算成質(zhì)量比，并用電子天平稱取原料，所述為各組元原料純度大于99.9%，原料總重為3kg。將稱取的原料加入真空磁懸浮熔煉爐中，反復(fù)熔煉4次，制備成3kg圓柱形合金錠。在1150°C的溫度范圍內(nèi)利用400kg空氣錘對合金錠進行自由鍛造，將其鍛造成方坯，繼續(xù)在1150°C的溫度范圍內(nèi)，利用鍛造模具鍛得直徑為15_的棒材。在1000°C的溫度范圍內(nèi)將棒材進行熱旋鍛，每道次旋鍛進給量為0.5mm?1_，總熱旋鍛道次為15?30次，并在每道次后進行一次回火，最終旋鍛線材尺寸為6_。在950°C的溫度范圍內(nèi)將熱旋鍛線材進行熱拉拔，每道次熱拉拔尺寸為2%?10%，并在每道次后進行一次回火，總熱拉拔道次為15?30道次，總變形量為70%?80%，最終制得直徑為1.6mm多基元合金絲材。
[0020]實施方式三:[0021 ] 先設(shè)計合金成分的原子百分比表達式為Ala 3CoCrFeNi，再將原子百分比換算成質(zhì)量比，并用電子天平稱取原料，所述為各組元原料純度大于99.9%，原料總重為3kg。將稱取的原料加入真空磁懸浮熔煉爐中，反復(fù)熔煉4次，制備成3kg圓柱形合金錠。在1150°C的溫度范圍內(nèi)利用400kg空氣錘對合金錠進行自由鍛造，將其鍛造成方坯，繼續(xù)在1150°C的溫度范圍內(nèi)，利用鍛造模具鍛得直徑為15_的棒材。在1000°C的溫度范圍內(nèi)將棒材進行熱旋鍛，每道次旋鍛進給量為0.5mm?1_，總熱旋鍛道次為15?30次，并在每道次后進行一次回火，最終旋鍛線材尺寸為6_。在950°C的溫度范圍內(nèi)將熱旋鍛線材進行熱拉拔，每道次熱拉拔尺寸為2%?10%，并在每道次后進行一次回火，總熱拉拔道次為15?30道次，總變形量為70%?80%，最終制得直徑為1.0mm多基元合金絲材。
[0022]綜上綜上所述，本發(fā)明多基元合金絲材及制備方法簡單易行，綜合性能好，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都涵蓋在本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種Al xCoCrFeNi多基元合金絲材，其特征在于，該合金成分的原子百分比表達式為AlxCoCrFeNi,O ^ x ^ 0.51微觀相結(jié)構(gòu)以面心立方固溶體為主。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述AlxCoCrFeNi多基元合金絲材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟實施: 步驟1、配料:先設(shè)計合金成分的原子百分比表達式為AlxCoCrFeNi,其中，OS X < 0.5 ；再將原子百分比換算成質(zhì)量比，并用電子天平稱取原料，所述各組元原料純度大于99.9%,原料總重為2?6kg ； 步驟2、熔煉:將步驟I稱取的原料加入真空懸浮熔煉爐中，反復(fù)熔煉4次，制備成2?6kg圓柱形合金錠； 步驟3、鍛造:在1000?1200°C的溫度范圍內(nèi)利用400kg空氣錘對合金錠進行自由鍛造，將其鍛造成方坯，繼續(xù)在1000?1200°C的溫度范圍內(nèi)，利用鍛造模具鍛得直徑為13?16mm的棒材； 步驟4、旋鍛:在900?1100°C的溫度范圍內(nèi)將棒材進行熱旋鍛，每道次旋鍛進給量為0.5mm?1_，總熱旋鍛道次為15?30次，并在每道次后進行一次回火，最終旋鍛線材尺寸為 5mm ?10mm ； 步驟5、熱拉拔:在900?1100°C的溫度范圍內(nèi)將熱旋鍛線材進行熱拉拔，每道次熱拉拔尺寸為2%?10%，并在每道次后進行一次回火，總熱拉拔道次為15?30道次，總變形量為70%?80%，最終制得直徑為Imm?3mm多基元合金絲。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種AlxCoCrFeNi多基元合金絲材及制備方法，多基元合金的組分原子表達式為AlxCoCrFeNi，0≤x≤0.5。涉及合金的相結(jié)構(gòu)以面心立方固溶體為主。本發(fā)明公開上述多基元合金絲材制備方法，步驟為真空懸浮熔煉、模鍛、旋鍛、熱拉拔。本發(fā)明采用傳統(tǒng)旋鍛拉拔方法可制備一定直徑的、長度任意的多基元合金絲材，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、質(zhì)量高，使多基元合金絲材在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。
【IPC分類】C22C30-00, B21C37-04
【公開號】CN104646448
【申請?zhí)枴緾N201510055018
【發(fā)明人】張勇, 李冬月, 趙楊勇, 楊瀟, 呂昭平
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月3日