非共晶成分共晶高熵合金获得全共晶组织和性能调控方法

技术领域

本发明属于高熵合金定向凝固技术领域，涉及一种预测AlCoCrFeNi

背景技术

高熵合金是一种具有优异综合性能的新型合金。共晶高熵合金兼具共晶合金与高熵合金的特点，与传统的高熵合金相比，共晶高熵合金具有高的强度和硬度、良好的高温蠕变性能和抗回火软化性能、优异的耐磨损性能和耐腐蚀性能等，这与合金特有的热力学方面高的混合熵、结构方面严重的晶格畸变以及动力学方面缓慢的扩散三个特征密切相关。因此共晶高熵合金拥有极大的研究价值。2020年《材料导报》34卷9期发表的《共晶高熵合金研究进展》中指出，目前共晶高熵合金的研究方向主要集中在成分设计、制备方法与性能这三个方面。但是对于共晶高熵合金成分设计原理、强化机制、磨损机制及耐蚀机制等还需深入研究，尤其在合金凝固行为与组织调控等方面研究还远远不够。特别地，合金组织结构调控是提升其性能的关键因素。定向凝固作为一种先进制备工艺，使合金组织按照特定方向生长，提高合金的机械性能。同时定向凝固由于具有单向的温度梯度和生长方向，已成为研究共晶合金中相竞争的有效方法。

凝固组织及共晶片层对定向AlCoCrFeNi

对于共晶高熵合金性能提高技术：公开号为CN113210629A的专利申请《一种AlCoCrFeNi

然而，上述关于AlCoCrFeNi

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够制得具有全片层共晶结构的定向凝固AlCoCrFeNi

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种非共晶成分共晶高熵合金获得全共晶组织和性能调控方法，具体步骤为：

步骤1：根据AlCoCrFeNi

共晶体界面生长温度

式中，

初生相界面生长温度

其中，

当AlCoCrFeNi

在该生长速度范围内共晶体界面生长温度

步骤2：根据步骤1设定的AlCoCrFeNi

定向凝固AlCoCrFeNi

1）加热前样品安装与准备阶段：

将多根直径和长度均相同的具有AlCoCrFeNi

具有AlCoCrFeNi

2）以20～30℃/s的升温速率升温至1600～1650℃，AlCoCrFeNi

抽拉速度为步骤1中的AlCoCrFeNi

3）关闭加热体和真空计，待定向凝固炉内温度降低80～100℃后，关闭电源，自然冷却至室温，制得不同生长速度下的定向凝固AlCoCrFeNi

观察步骤2中通过调控方法得到具有全片层共晶结构的定向凝固AlCoCrFeNi

本发明的原理如下：

对于AlCoCrFeNi

对于多相合金而言，在凝固过程中往往会发生相的竞争性生长。为了解释共晶合金凝固过程中相的竞争生长现象，通常运用最高界面温度准则来解释合金在定向凝固过程中的竞争生长，该准则假定在定向凝固中首先从熔体析出的领先相是生长界面温度最高的相。因此，对于共晶合金而言，可以通过比较两相（共晶体和初生相）的生长界面温度，从而确定该共晶合金中的领先相。如果在温度梯度和合金成分确定的情况下，则，相的界面温度是生长速度的函数，被称为界面响应函数（IRF）。界面响应函数已经被应用在很多共晶合金的定向凝固过程中来预测凝固过程中领先相的转变。

AlCoCrFeNi

在AlCoCrFeNi

其中，

对于片状共晶：

对于棒状共晶：

对初生相（NiAl相）定向凝固过程中界面温度

其中，

通过公式（1）～（9），共晶体的界面温度

基于该技术手段，可以判断合金的最终凝固组织，对一些偏离共晶成分的合金获得完全共晶结构提供理论指导。而且可以在AlCoCrFeNi

定向凝固相比其他热机械加工，工艺过程简单，可以明显提高合金性能。

综上所示，针对定向凝固AlCoCrFeNi

本发明的有益效果：

1、针对定向凝固AlCoCrFeNi

2、对一些偏离共晶成分的合金获得完全共晶结构提供理论指导。

3、定向凝固技术可以有效改善共晶高熵合金的力学性能。

附图说明

图1是AlCoCrFeNi

图2是利用最大界面温度准则比较共晶体和初生相的生长界面温度，确定AlCoCrFeNi

图3是实施例1～5制得定向凝固AlCoCrFeNi

图4实施例1～5制得定向凝固AlCoCrFeNi

图5是实施例1～5制得定向凝固AlCoCrFeNi

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

将AlCoCrFeNi

实施例2

按实施例1的方法使AlCoCrFeNi

实施例3

按实施例1的方法使AlCoCrFeNi

实施例4

按实施例1的方法使AlCoCrFeNi

实施例5

按实施例1的方法使AlCoCrFeNi

实施例1～5制得的定向凝固AlCoCrFeNi

实施例1～5制得的定向凝固AlCoCrFeNi

实施例1～5制得的定向凝固AlCoCrFeNi

表1 实施例1～5制得定向凝固AlCoCrFeNi

从图5和表1中可以看出，相较于铸态合金，定向凝固后合金拉伸性能得到显著提升，说明了定向凝固技术可以有效改善合金力学性能。

本发明调控方法预测的共晶体界面生长温度