一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法
本发明涉及一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，属于多主元合金。
背景技术：
1、自2004年多主元合金的概念被提出后，研究人员对多主元合金体系有了广泛和较深入的认识。多主元合金是由三种或三种以上主要元素与一些次要元素组成的合金，每种主要元素的比例在5at.％～35at.％之间，一些次要元素的比例小于5at.％。多主元合金通常具有较高的混合熵而被称为中熵或高熵合金。多主元合金通常具有高强度、高塑性、耐摩擦性、高温稳定性和抗辐照性等优良性能。
2、阻尼性能是指将机械振动能转化为热能的能力。具有良好阻尼性能的合金被称为阻尼合金。常用的阻尼合金有fe-cr阻尼合金、fe-mn阻尼合金、mn-cu阻尼合金、镁基阻尼合金等，他们依靠微观结构运动摩擦的机理来达到耗散能量的目的。传统阻尼合金的内耗值能达到0.1以上，减振降噪性能非常优异，但强度往往只有300mpa左右，塑性也不突出，只能在装备制造中作为小型配件，难以作为大型结构件或承重件使用。随着高精尖装备制造的需求提高，急需要增强传统阻尼合金的力学性能，扩大其应用范围。
3、多主元阻尼合金是近来新兴且研究很少的一个方向，其目的是将多主元概念与阻尼性能要求相结合，得到一种高强度、高塑性且具有优良阻尼性能的合金。多主元合金拥有高强度的一个主要原因是充分利用沉淀强化效应，微米级沉淀相带给合金高强度，纳米级沉淀相带给合金高强度的同时也带来高塑性。但这些沉淀相会阻碍微观结构的运动，降低合金的阻尼性能。因此多主元阻尼合金的强度和阻尼性能就像强度和塑性一样往往不可兼得。因此有必要发明一种具有高强度和高阻尼性能的多主元阻尼合金来替代传统低强度的阻尼合金。
4、公开号为cn117778859a的发明提出了一种兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法。采用真空非自耗电弧炉或者电磁冷坩埚悬浮炉进行熔炼得到铸态合金；然后进行退火处理，随炉冷却至室温取出；热轧；再进行退火处理，随炉冷却至室温取出；制备结束。在电磁冷坩埚悬浮炉中熔炼需要特定的振动机构。在轧制前热处理中需要涂高温涂料并静置30min～60min。需要经过多次在700℃～1200℃高温下保温长时间的轧制。每次炉冷冷却较水冷需要更长的时间。上述四个方面的缺点使制备流程复杂，制备周期很长，成本提高。
5、公开号为cn117947360a的发明提出了一种改善双相高熵合金强度和塑性的方法。本发明中高熵合金通过均匀化热处理、温轧处理以及退火处理对其塑性提高的同时还可以兼顾强度。但均匀化热处理和退火处理的温度很高，空冷和炉冷的冷却方式使制备周期长。合金需要经过在450℃～470℃中温下长时间保温后多次轧制，制备流程复杂。并且最终得到的高熵合金虽然塑性提高但仍低于14％，强度下降且低于1000mpa。
技术实现思路
1、本发明的发明目的是寻求一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，通过固溶时效热处理工艺提高多主元合金强度，保持阻尼性能，略微降低塑性，平衡多主元合金强度和阻尼性能。
2、本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：依次对多主元合金进行固溶退火处理和时效退火处理，所述固溶退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到1080℃～1120℃保温24h～32h，水冷，时效退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到的温度为720℃～780℃保温4h～8h，水冷或炉冷。
3、进一步，本发明所述固溶退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到1100℃保温24h，水冷，时效退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到的温度为750℃保温4h，水冷。
4、进一步，本发明所述固溶退火处理和时效退火处理所用的惰性气体均为氩气。
5、进一步，本发明所述固溶退火处理将多主元合金加热到1080℃～1120℃的加热速率和时效退火处理将多主元合金加热到720℃～780℃的加热速率均为10k/min。
6、进一步，本发明所述固溶退火和时效退火处理均在真空管式炉或马弗炉中进行，时效退火处理中炉冷的具体方式是：以10k/min的降温速率降温至300℃，然后随炉冷却到室温。
7、进一步，本发明所述固溶退火和时效退火处理前，对多主元合金进行干燥处理。
8、进一步，本发明所述多主元合金包括铸态多主元合金。
9、进一步，本发明多主元合金包括使用机械合金化或者增材制造方式制备得到的多主元合金。
10、进一步，本发明多主元合金包括以等原子比或者近等原子比铁、钴、镍组成的中熵合金为基体，再在其中添加一种或多种元素而形成的多主元合金，所述添加的元素不包括铌、钼、钽、钨等难熔元素。
11、更进一步，本发明所述多主元合金包括feconiti、feconial、feconitial、feconitiv、feconicr、feconicrcu、feconicrcual、feconicral、feconicrmn体系合金。
12、本发明的原理及有益效果是：
13、本发明的热处理工艺能将多主元合金的枝晶结构转变为等轴晶结构，使合金能作为结构件使用。本发明的热处理工艺能将多主元合金中析出物显著细化，这是多主元合金强度与阻尼性能平衡且塑性降低很少的一个主要原因。本发明的热处理工艺能给多主元合金带来退火孪晶，这些退火孪晶是多主元合金强度与阻尼性能平衡且塑性降低很少的另一个主要原因。
14、相比于现有技术，从技术效果方面看，本发明的热处理工艺在提高多主元合金强度的同时能保持阻尼性能，且塑性下降很少，可得到高强度、高阻尼性能、高塑性的固溶时效多主元合金。从工艺流程方面看，目前多主元阻尼合金的强化方法除了加入新元素、表面处理等主要是热处理和冷热轧制。经过热处理和轧制的合金不仅微观结构发生显著的变化，大量内部缺陷消失，而且强度和塑性显著提高。但是热处理和轧制的具体工艺参数种类繁多，最终对多主元合金的强化效果也不尽相同。本发明不仅热处理流程简单、周期短，而且不需要经过冷热轧制，相较于现有工艺大大简化流程，缩短了工艺周期，降低了生产成本和能耗。更重要的是最终得到多主元合金的强度提高并超过1000mpa，阻尼性能能够保持在0.022左右的高阻尼性能，塑性的下降很少，从铸态的25％仅降到23％。
15、本发明的这种热处理工艺对于以等原子比或者近等原子比铁、钴、镍组成的中熵合金为基体，再在其中添加一种或多种元素而形成的中高熵多主元合金均适用，但这些添加的元素不包括铌、钼、钽、钨等难熔元素。例如添加钛、铝、铬、铜、钒等元素，组成的feconiti、feconial、feconitial、feconitiv、feconicr、feconicrcu、feconicrcual……等多主元合金种类。元素组合方式和各种元素所占比例多种多样，例如已经有研究的al0.6cocrfeni、(feconi)94ti6、(feconi)86al7ti7、(feconi)84ti8v8、fe5co40ni50ti5、fe20co25cr20ni25v5zr5等合金。
16、下面通过具体实施方式及附图对本发明作进一步详细说明。
技术特征：
1.一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：依次对多主元合金进行固溶退火处理和时效退火处理，所述固溶退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到1080℃～1120℃保温24h～32h，水冷，时效退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到的温度为720℃～780℃保温4h～8h，水冷或炉冷。
2.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述固溶退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到1100℃保温24h，水冷，时效退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到的温度为750℃保温4h，水冷。
3.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述固溶退火处理和时效处理所用的惰性气体均为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述固溶退火处理将多主元合金加热到1080℃～1120℃的加热速率和时效处理将多主元合金加热到720℃～780℃的加热速率均为10k/min。
5.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述固溶退火和时效退火处理均在真空管式炉或马弗炉中进行，时效退火处理中炉冷的具体方式是：以10k/min的降温速率降温至300℃，然后随炉冷却到室温。
6.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述固溶退火和时效退火处理前，对多主元合金进行干燥处理。
7.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述多主元合金包括铸态多主元合金。
8.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述多主元合金包括使用机械合金化或者增材制造方式制备得到的多主元合金。
9.根据权利要求1所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述多主元合金包括以等原子比或者近等原子比铁、钴、镍组成的中熵合金为基体，再在其中添加一种或多种元素而形成的多主元合金，所述添加的元素不包括铌、钼、钽、钨等难熔元素。
10.根据权利要求9所述的一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：所述多主元合金包括feconiti、feconial、feconitial、feconitiv、feconicr、feconicrcu、feconicrcual、feconicral、feconicrmn体系合金。
技术总结
本发明公开了一种平衡多主元合金强度和阻尼性能的方法，其特征在于：依次对多主元合金进行固溶退火处理和时效退火处理，所述固溶退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到1080℃～1120℃保温24h～32h，水冷，时效退火处理包括在惰性气体氛围下，将多主元合金加热到的温度为720℃～780℃保温4h～8h，水冷或随炉冷却。上述热处理工艺在提高多主元合金强度的同时能保持阻尼性能，且塑性下降很少，可得到高强度、高阻尼性能、高塑性的固溶时效多主元合金，且不需要经过冷轧或热轧，相较于现有工艺大大简化流程，缩短了工艺周期，降低了生产成本和能耗。
技术研发人员：徐轶,陈博文,朱星桦
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23