[发明专利]一种低温高强三元CoNiCr系共晶合金及其制备方法

说明书

本发明涉及共晶合金技术领域，具体涉及一种低温高强三元CoNiCr系共晶合金及其制备方法，该CoNiCr系共晶合金由Co、Ni、Cr三种元素组成，合金各元素的摩尔百分比为Co：Ni：Cr＝1：1：2，该CoNiCr系共晶合金由真空电弧熔炼技术制备得到，微观组织具有规则排列的层片状特征，具有低温力学性能优异的特性，在海洋船舶复杂结构螺旋桨的铸造成型等领域具有重要的应用前景，利用本发明的制备方法来制备CoNiCr系共晶合金，其工艺成熟，成分损耗小，操作简便。

技术领域

本发明涉及共晶合金技术领域，具体涉及一种低温高强三元CoNiCr系共晶合金及其制备方法。

背景技术

共晶合金具有良好的流动性，可以减少合金在凝固过程中枝晶的生成，大大改善合金的铸造性能，进而有效地减少常见的铸造缺陷(例如内部缩孔和成分偏析)。共晶合金中具有规则排列的层片状组织，可以被看作是一种天然或自生复合材料，它能够协同增强改善机械性能，有时甚至会带来不寻常的电、磁、光学行为。因此，共晶合金在许多应用领域得到广泛应用。目前，研究者们对于共晶合金的研究更多停留在二元共晶合金，这主要是由于二元共晶合金的成分点处于二元合金相图的中间，从相图中可以直接获得共晶合金的成分和配比。而三元及以上合金相图相比于二元合金相图最大的区别是从二维变为了三维，通过实验去获得较为可靠相图的工作将十分繁重，而通过伪二元等相图计算方法获得的结果往往与实际相差较大。更为重要的是，共晶成分点是相图上的一个点或者一个极小的区域，可见想要精确获得一个三元及以上共晶成分点是非常困难的。

CoNiCr三元等原子比合金因其突出的低温力学性能而受到广泛关注。因其混合熵处于中熵合金的定义范围，故属于中熵合金。由于单相FCC结构的中熵合金通常塑性较好而强度不足；单相硬的BCC结构或者含有硬质相金属间化合物(如Laves相)的中熵合金有着较高的强度而塑性较差。CoCrNi中熵合金是典型的单相FCC结构中熵合金，对于低温环境而言，CoCrNi中熵合金虽较已报道的高熵合金具有良好的低温力学性能，但是对于在低温环境的实际应用而言，其强度仍然相对较低，仍有待进一步提高。此外，对于复杂构件的铸造成型而言，由于合金流动性的限制，往往会严重制约合金的应用。

发明内容

为解决以上问题，本发明一方面提供了一种低温高强三元CoNiCr系共晶合金，所述CoNiCr系共晶合金由Co、Ni、Cr三种元素组成，合金各元素的摩尔百分比为Co：Ni：Cr＝1：1：2。

进一步，所述共晶合金由FCC相和BCC相两相构成，FCC相含量大于BCC相含量，且微观组织具有规则排列的层片状特征。

进一步，所述共晶合金液氮温度77K低温条件下的压缩屈服强度≥810MPa，抗压强度≥1930MPa，压缩断裂应变≥20％。

另一方面，本发明还提供了一种低温高强三元CoNiCr系共晶合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配料：以各元素单质为原料，按照所述CoNiCr系共晶合金各元素的摩尔百分比Co：Ni：Cr＝1：1：2称取各单质原料，进行原料配置；

步骤2、放料：将配置好的原料放入真空电弧炉的水冷铜坩埚内，原料放置时按Cr、Ni、Co次序由下而上铺放入水冷铜坩埚的凹槽内，同时在炉内以另一坩埚放入高纯度钛块；

步骤3、抽真空并反充高纯氩气：关闭真空腔体门后，开启冷水机，将真空电弧炉腔体内的真空度抽至10^-4Pa及以上后，关闭抽气阀，打开进气阀，向腔体内反充高纯氩气至0.5个标准大气压后，关闭进气阀；

步骤4、电弧熔炼：引弧后首先熔炼高纯度钛块，以吸收炉内剩余的氧气；然后对放置好的原料进行多次熔炼，调整熔炼电流使合金原料加热至完全熔化状态后停止电弧放电加热，待合金液在炉腔内冷却至少30分钟后，将合金翻转后按照同样的方式再次进行熔炼，整个熔炼过程所熔合金共计翻转5次，反复熔炼的次数为6次；