[发明专利]轻量化高熵合金及叶轮的制造工艺

说明书

本发明公开了一种轻量化高熵合金及叶轮的制造工艺，轻量化高熵合金的分子式为(Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉)_0.99C₁，组织结构简单，是FCC+BCC的完整且规则的层状双相共晶组织，其中，FCC相和BCC相的体积分数分别为59％和41％，显微硬度为423HV，密度为7.05g/cm³，室温下的屈服强度为674MPa，断裂强度为1425MPa，伸长率为19.3％。

【技术领域】

本发明属于工业制造领域，尤其涉及轻量化高熵合金叶轮的制造工艺。

【背景技术】

近年来，我国在海洋界限问题上与周边各国的利益纠纷逐渐加深，为保证我国主权和利益不受侵犯，轻量化两栖装甲车辆的研发被提上日程。两栖装甲车辆是一种具有水陆两用性的装甲车辆，自二次大战以来,两栖装甲车辆就凭借其优越的水、陆机动性和两栖生存能力,成为两栖登陆作战首选的装甲突击力量。

对于两栖装甲车辆，由于轮履划水效率低，航速难以适应现代战争的需要，而采用螺旋桨推进在浅吃水时易产生浅水效应，且螺旋桨暴露在外易受损伤，因而喷水推进装置是两栖装甲车辆的首选推进方式。叶轮作为喷水推进装置的最关键部件，它的性能好坏直接影响了两栖装甲车辆的涉水性能。因此，叶轮必须满足轻质、低密度、高强度、耐磨、耐海水腐蚀、较高的疲劳性能等关键性能。

现有的叶轮主要采用不锈钢和钛合金制造，不锈钢铸造流动性差，制备过程复杂耗时，钛合金具有轻量化和耐腐蚀的特性，但是钛合金的耐磨性和疲劳性能较差。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种轻量化高熵合金叶轮的制造工艺，通过该工艺制造出的高熵合金叶轮可以同时具有密度小、硬度高、强度大、抗腐蚀、耐磨以及抗疲劳等优良的综合性能。

本发明采用以下技术方案：轻量化高熵合金分子式为(Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉)_0.99C₁。

本发明的另一种技术方案：轻量化高熵合金叶轮的制造工艺，包括以下步骤：

根据(Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉)_0.99C₁高熵合金的原子比，称量各元素原料备用；

抽真空：将各元素原料放入真空电弧熔炼炉炉腔内的第一容器中，并在炉腔内的第二容器中放置纯金属块；将真空电弧熔炼炉抽真空至(2.5～3.5)*10^-3Pa后，通入惰性气体，直至炉腔内压强为-0.6Pa；

熔炼：对纯金属块至少熔炼3次后，将第一容器中的原料翻转熔炼5～6次，每次熔炼时间为3～5min，得到高熵合金铸锭，冷却至室温后开炉取样；

浇铸：将高熵合金铸锭翻转后放置于第一容器中，重复抽真空步骤，并将其熔炼至液态后注入叶轮模具中，冷却至室温后即可得到轻量化高熵合金叶轮。

进一步的，(Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉)_0.99C₁高熵合金中Fe、Co、Ni、Al、C的原子比为19.8：19.8：40.59：18.81：1。

进一步的，纯金属块选为纯钛金属块，熔炼步骤中对纯钛金属块至少熔炼3次当其表面呈现金属光泽，则继续执行后续步骤；否则，重复执行抽真空步骤并更换纯钛金属块进行熔炼，直至熔炼后的纯钛金属块表面呈现金属光泽，继续执行后续步骤。

进一步的，在对原料进行翻转熔炼过程中，非首次和末次熔炼时，开启电磁搅拌。