[发明专利]一种高强度锻态高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高强度锻态高熵合金及其制备方法。本发明所述高熵合金的的化学成分由Mn、Fe、Cu、Ni和C组成，各元素的纯度为99.9％及以上，其中Mn：Fe：Ni：Cu：C的原子比依次为1：1：1：1：0.0877，所述高熵合金是将按原子比配合的原料，在电磁感应炉中充入氩气气氛保护下进行熔炼，合金浇注成方锭，之后继续锻造得到含碳锻态高熵合金。本发明采用Mn、Ni和Cu奥氏体稳定元素，实现基体为奥氏体相，同时引入间隙元素C，产生固溶强化作用，而且还与主元素形成碳化物，产生弥散强化作用，从而显著提高了合金的屈服强度和极限强度，而且制备工艺简单，成本低能耗小，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高强度锻态高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金作为金属材料领域近年来的三大突破之一，其开拓性地打破了传统合金设计理念的思想囚笼，适当配比的高熵合金在硬度、抗压强度、耐磨等方面明显优于常规金属材料。近些年来，随着高熵合金的发展，人们对于高熵合金的界定不再局限，逐渐拓展至由四种或以上元素以等原子比或近似等原子比混合，以实现热力学上熵稳固(S^SS,ideal1.36R)的固溶体相的一类合金。但其在室温下强度相对较低(铸态仅约200MPa)，远远低于金属结构材料所需的强度，阻碍了其作为结构材料的商业推广应用。

尽管传统金属中的强化方式，例如细晶强化、沉淀强化等已被应用于FCC结构高熵合金的强度提升中，但仍不可避免的出现合金塑性退化，以及随之而来的是强度-塑性平衡困境。为了在不影响塑性的情况下进一步提高强度，添加合金元素，例如碳的添加可能是一种有效的方法。Wang等人在《Acta Materialia》，120(2016)228-239上发表的“The effectof interstitial carbon on the mechanical properties and dislocationsubstructure evolution in Fe_40.4Ni_11.3Mn_34.8Al_7.5Cr₆ high entropy alloys”(探究间隙碳对高熵合金力学性能和位错亚结构演变的影响)一文中，介绍了随着合金中碳的原子比逐渐增加至1.1at.％时，其强塑性均有明显提升，然而在合金中碳的原子比超过1.1at.％并没有进一步报道。

而且，针对目前高熵合金存在的室温强度低以及强塑性不平衡问题，通过适当的合金元素配比以及间隙碳元素的添加，制备出高性能的高熵合金具有非常重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提供一种高强度锻态高熵合金及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高强度锻态高熵合金，所述高强度锻态高熵合金的化学成分由Mn、Fe、Cu、Ni和C组成，其中Mn：Fe：Ni：Cu：C的原子比依次为1：1：1：1：0.0877,即合金的表达式为MnFeNiCuC_0.0877。

所述锻态高熵合金为单相FCC结构；

所述锻态高熵合金组织形貌为尺寸粗大的树枝晶，枝晶上和枝晶间均弥散分布大量针状碳化物；

所述锻态高熵合金在室温下的维氏硬度为330HV，屈服强度为653MPa，抗压强度为886MPa，断裂应变为22％；

上述的高强度锻态高熵合金，作为低成本、低能耗和高强结构材料的应用。

上述的高强度锻态高熵合金的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一，选用纯度均为99.9％及以上的Mn、Fe、Ni、Cu、C粉末作为原料，首先将Mn、Fe、Cu、Ni按原子比为1：1：1：1配好，然后向其中添加0.455wt.％的C；