CN110499451B

CN110499451B - 一种高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法

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Publication number: CN110499451B
Application number: CN201910885613.0A
Authority: CN
Inventors: 王和斌; 侯陇刚; 洪达; 李加南; 卢友明; 欧平; 赵鸿金
Original assignee: Jiangxi University of Science and Technology
Current assignee: Jiangxi University of Science and Technology
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: CN110499451A

Abstract

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法。本发明提供了一种高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：Fe 54.0～56.0％，Co 9.0～11.0％，Ni 9.0～11.0％，Cr 9.0～11.0％，Mo 4.0～6.0％，V 4.0～6.0％和C 4.0～6.0％。本发明含有较高含量的Fe，有利于降低成本；含有碳化物形成元素Mo、V和C，有利于为合金形变提供较好的强度、塑性和耐磨性。实验结果表明，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金拉伸屈服强度达1130MPa，抗拉强度达1380MPa，延伸率达92％；常温下耐磨性能达到M2高速钢的80％。

Description

一种高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法。

背景技术

传统合金以一种合金元素为主，通过添加多种合金化元素来调控合金组织和性能；而高熵合金则是由五种或五种以上近等摩尔合金元素形成的固溶体合金，其具有高混合熵、原子扩散困难和高晶格畸变等特性，较易获得热稳定性高的固溶体和纳米结构，甚至可以得到非晶结构，表现出高硬度、高强度、耐高温氧化、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，具有很大应用潜力。

高熵合金形成过程中的高混合熵效应被认为可阻止金属间化合物生成，这使得高熵合金通常由固溶体组成，如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、FCC/BCC。作为典型的FCC单相高熵合金，CoCrFeNi合金拥有优异塑性和断裂韧性(室温拉伸塑性达80％以上)，但其强度却较低(铸态合金仅为～140MPa)，难以获得实际应用。通过合金化或非平衡凝固方法制备高熵合金可一定程度提升强韧性，例如，有研究(Jin X,Zhou Y,Zhang L,Du X Y,Li BS.A novel Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉ eutectic high entropy alloy with excellenttensileproperties[J].Mater.Lett.,2018,216:144-146.)报道了由BCC(B2)和FCC(L1₂)双相纳米层状相组成的Fe₂₀Co₂₀Ni₄₁Al₁₉合金，其抗拉强度和延伸率达到1103MPa和18.7％；研究(Rogal L.Semi-solidprocessing ofthe CoCrCuFeNi high entropy alloy[J].Mater.Des.,2017,119:406-416.)采用半固态成形方法制备的CoCrCuFeNi高熵合金由两种FCC固溶体组成：一种为包含Co、Cr、Fe、Ni近等原子的等轴晶，另一种为分布于晶界的富铜相，合金的屈服强度相对于传统铸造合金提高30％。然而，以上技术方案得到的合金耐磨性欠佳，无法满足日益提高的合金耐磨性要求，且使用了大量的Co、Cr和Ni金属元素，导致经济成本过高，限制了其工业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强高塑耐磨高熵合金，在室温下仍具有高熵、高强塑性和优异的耐磨性，且Co、Cr和Ni金属元素含量下降，经济成本较低；本发明还提供了一种简单易行的该合金的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：

Fe 54.0～56.0％，Co 9.0～11.0％，Ni 9.0～11.0％，Cr 9.0～11.0％，Mo 4.0～6.0％，V 4.0～6.0％和C 4.0～6.0％。

优选的，所述高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：

Fe 55.0％，Co 10.0％，Ni 10.0％，Cr 10.0％，Mo 5.0％，V 5.0％和C 5.0％。

优选的，所述高强高塑耐磨高熵合金的晶粒尺寸为100～200μm，碳化物尺寸为0.03～3μm。

本发明还提供了上述技术方案所述高强高塑耐磨高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

提供合金熔液；

将所述合金熔液依次进行浇铸、均匀化、热轧和退火处理，得到高强高塑耐磨高熵合金。

优选的，所述合金熔液的制备方法包括：将对应组分的合金原料熔化，得到合金熔液；所述熔化的温度为1700～1900℃，时间为20～25min。

优选的，所述浇铸的温度为1700～1750℃，时间为90～150s。

优选的，所述均匀化的温度为1000～1200℃，时间为10～20h。

优选的，所述热轧的温度为950～1150℃；所述热轧的总变形量为60～80％。

优选的，所述热轧为多道次轧制，每道次的变形量为10～15％。

优选的，所述退火的温度为820～920℃，时间为4～6h

本发明提供了一种高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：Fe 54.0～56.0％，Co 9.0～11.0％，Ni 9.0～11.0％，Cr 9.0～11.0％，Mo 4.0～6.0％，V 4.0～6.0％和C 4.0～6.0％。在本发明中，较高含量的Fe元素有利于降低成本；本发明引入碳化物形成元素Mo、V和C，通过设计摩尔百分比含量的各组分，形成的高熵合金在室温下为单相奥氏体基体和碳化物的混合组织，元素组分结合形成的碳化物主要分布于晶界和奥氏体晶内并呈弥散分布，在承受应力载荷时，奥氏体基体有利于发生位错滑移和机械孪生，为合金提供较好的塑性和韧性；合金晶内呈均匀分布的碳化物通过位错强化、弥散强化机制为基体提供额外的强度增量，沿晶界分布的碳化物颗粒在摩擦磨损过程中，会突出于微观表面，有效保护基体不被磨损，使得耐磨性提高。

实验结果表明，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金拉伸屈服强度达1130MPa，抗拉强度达1380MPa，延伸率达92％，具有较高的强度和塑性；常温下耐磨性能达到M2高速钢的80％，具有良好的耐磨性能。

附图说明

图1为本发明实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金的XRD图；

图2为本发明实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金的萃取碳化物的XRD图；

图3为本发明实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金的铸态晶粒取向分布图；

图4为本发明实施例2所得高强高塑耐磨高熵合金的SEM图；

图5为本发明实施例3所得高强高塑耐磨高熵合金的SEM图。

具体实施方式

本发明提供了一种高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括Fe54.0～56.0％，优选为54.4～55.7％，更优选为54.8～55.3％，最优选为55％。在本发明中，所述Fe元素为所述高强高塑耐磨高熵合金的基体元素；较高含量的Fe元素有利于降低成本。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括Co9.0～11.0％，优选为9.4～10.6％，更优选为9.8～10.3％，最优选为10％。在本发明中，所述Co元素可以增加体系的混合熵，提升体系稳定性。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括Ni9.0～11.0％，优选为9.3～10.6％，更优选为9.7～10.2％，最优选为10％。在本发明中，所述Ni元素可以增加体系混合熵，提高合金强度和耐蚀性。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括Cr9.0～11.0％，优选为9.4～10.5％，更优选为9.8～10.2％，最优选为10％。在本发明中，所述Cr元素可以增加体系混合熵，提高合金耐热性和耐蚀性。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括Mo4.0～6.0％，优选为4.4～5.6％，更优选为4.8～5.2％，最优选为5％。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括V4.0～6.0％，优选为4.4～5.6％，更优选为4.8～5.2％，最优选为5％。

以摩尔百分比计，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金包括C4.0～6.0％，优选为4.6～5.4％，更优选为4.8～5.2％，最优选为5％。本发明引入碳化物形成元素Mo、V和C，通过设计摩尔百分比含量的各组分，形成的高熵合金在室温下为单相奥氏体基体和碳化物的混合组织，有利于合金塑性和韧性的提高。

本发明通过设计摩尔百分比含量的各组分，由上述原子百分含量的原料形成的高熵合金在室温下为单相奥氏体基体和碳化物的混合组织，碳化物主要分布于晶界和奥氏体晶内，并呈弥散分布，在承受应力载荷时，奥氏体基体有利于发生位错滑移和机械孪生，为合金形变提供较好的塑性和韧性。

在本发明中，所述高强高塑耐磨高熵合金的晶粒尺寸优选为100～200μm，碳化物尺寸优选为0.03～3μm。在本发明中，所述碳化物优选包括晶界碳化物和晶内碳化物。在本发明中，所述晶界碳化物优选为近球形颗粒状，粒径优选为1～3μm，分布均匀；所述晶内碳化物部分粒径优选包括0.2～0.6μm和0.03～0.05μm；所述粒径为0.2～0.6μm的晶内碳化物在摩擦磨损过程中会突出于晶粒表面，可有效保护高强高塑耐磨高熵合金基体不被磨损，提升耐磨性；所述粒径为0.03～0.05μm的晶内碳化物呈球形，弥散均匀分布，可通过位错强化、弥散强化机制，在不损害塑性的前提下，为高强高塑耐磨高熵合金基体提供额外的强度增量。

提供合金熔液；

在本发明中，所述合金熔液制备方法优选包括：将对应组分的合金原料熔化，得到合金熔液。在本发明中，所述合金原料的组分与前述高强高塑耐磨高熵合金的组分一致，在此不再赘述。本发明对所述合金原料的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的合金原料以能得到目标组分的高强高塑耐磨高熵合金为准。在本发明中，所述合金原料的形态优选为粉体或块体。在本发明中，所述合金原料的纯度优选为大于等于99wt.％，更优选大于等于99.9wt.％。在本发明中，所述合金原料优选包括纯铁、纯钴、纯镍、纯铬、纯钼、纯钒和铁碳合金。在本发明中，所述铁碳合金的碳含量优选为5wt.％。本发明对各种合金原料的比例没有特殊的限定，能够使最终合金成分满足要求即可。

本发明优选将合金原料按照Ni、Co、Fe、铁碳合金、Cr、V和Mo的顺序由熔化容器底部向上罗布，以防止低熔点物质的挥发或飞溅。在本发明中，所述熔化优选为真空感应熔炼或真空电弧熔炼；所述熔化的设备优选为真空感应炉或真空电弧炉。在本发明中，所述熔化的气氛优选为惰性气体气氛，所述惰性气体优选为氩气。具体地，本发明优选先将熔化设备抽真空至0.005Pa以下，再充入高纯氩气进行洗气，然后再抽真空至0.005Pa以下，最后充入高纯氩气；所述高纯氩气的充入量以满足电弧熔炼用电离气体的量或感应熔炼用保护性气氛的量即可。本发明对所述真空电弧熔炼或真空感应熔炼的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述熔化的次数优选为多次，更优选为大于等于5次。在本发明中，所述熔化的温度优选为1700～1900℃，更优选为1750～1850℃，再优选为1790～1810℃；所述熔化的总时间优选为20～25min，更优选为21～24min，再优选为22～23min。本发明通过熔化得到合金熔液。

得到合金熔液后，本发明将所述合金熔液依次进行浇铸，得到铸锭。在本发明中，所述浇铸的温度为1700～1750℃，更优选为1710～1750℃，再优选为1720～1740℃；时间优选为90～150s，更优选为100～130s，再优选为110～120s。在本发明中，所述浇铸用模具的材质优选为高温合金钢。在本发明中，所述铸锭的形状优选为圆柱体或长方体。

得到铸锭后，本发明将所述铸锭进行均匀化处理，得到初级合金坯。在本发明中，所述均匀化的温度优选为1000～1200℃，更优选为1050～1150℃，再优选为1080～1120℃；时间优选为10～20h，更优选为12～18h，再优选为14～16h。本发明优选通过升温达到均匀化的温度，所述升温的升温速率优选为100℃/h。在本发明中，所述均匀化能够使合金中晶界上的碳化物球化，晶体内的细小M₂₃C₆型碳化物溶解，合金元素扩散均匀，有利于提高合金的热塑性。

得到初级合金坯后，本发明将所述初级合金坯进行热轧处理，得到致密化合金坯。在本发明中，所述热轧的温度优选为950～1150℃，更优选为980～1120℃，再优选为1020～1100℃。在本发明中，所述热轧的总变形量优选为60～80％，更优选为65～75％，再优选为68～72％。在本发明中，所述热轧优选为多道次轧制，每道次的变形量优选为10～15％；所述多道次轧制的次数优选≥5次，更优选为5～10次。本发明进行多道次轧制时，每次轧制后，本发明优选对所述轧制后得到的合金坯在轧制温度下保温10min。在本发明中，所述初级合金坯中的晶界碳化物在热轧前优选为不连续短棒状和菊花状，尺寸优选为5～15μm；热轧后，所述晶界碳化物碎断为近球形颗粒状，粒径优选为1～3μm，分布更为均匀。在本发明中，所述热轧后，所述致密化合金坯中的晶内碳化物粒径优选包括0.2～0.6μm和0.03～0.05μm；所述粒径为0.2～0.6μm的晶内碳化物在摩擦磨损过程中，会碳化物突出于表面，可有效保护高强高塑耐磨高熵合金基体不被磨损，提升耐磨性；所述粒径为0.03～0.05μm的晶内碳化物呈球形，弥散均匀分布，具有高数量密度，可以通过位错强化、弥散强化机制，在不损害塑性的前提下，为高强高塑耐磨高熵合金基体提供额外的强度增量。在本发明中，所述热轧能够将初级合金坯中的铸态组织转变为形变组织，可以使晶界上的碳化物得到有效的碎断和球化，并在机械应力条件下，沿着变形方向分布，晶粒经过热变形呈纤维状分布，同时在变形过程中发生动态再结晶，细化了晶粒，提高了合金的热塑性。

得到致密化合金坯后，本发明对所述致密化合金坯进行退火处理，得到高强高塑耐磨高熵合金。在本发明中，所述退火的温度优选为820～920℃，更优选为850～890℃，再优选为860～880℃；时间优选为4～6h，更优选为4.5～5.5h，再优选为4.8～5.2h。所述退火处理前，本发明优选将所得致密化合金坯空冷至室温，再随炉升温至退火的温度；所述升温的升温速率优选为30℃/h。本发明对所述退火的设备没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的退火设备即可，具体的，如高温电阻炉。在本发明中，所述退火能够消除致密化合金坯内的残余应力和应变，同时促进晶内细小的碳化物颗粒的生成。

本发明的方法结合熔化、浇铸、均匀化、热轧和退火技术，通过合理调节各工艺步骤和参数，制备出具有单相奥氏体和细小均匀分布的碳化物组织及细晶粒结构的高熵合金，平均晶粒尺寸约为5μm，由于其具有FCC结构的基体和细小均匀分布的碳化物颗粒相，使其具有非常高的强度、耐磨性和良好的塑韧性，获得了单相奥氏体结构稳定、碳化物粒径在不同尺度范围分布的高强高耐磨高熵合金。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

以摩尔百分比计，高强高塑耐磨高熵合金中包括Fe 55.0％，Co 10.8％，Ni10.3％，Cr 10.0％，Mo 5.1％，V 4.8％，C 4.0％。

所述高强高塑耐磨高熵合金的制备方法为：

将纯度为99.9wt％的Fe块、纯度为99.9wt％的Co块、纯度为99.9wt％的Ni块、纯度为99.9wt％的Cr块、纯度为99.9wt％的Mo块、纯度为99.9wt％的V块和纯度为99.9wt％的含碳量为5wt％的铁碳合金按照Ni、Co、Fe、铁碳合金、Cr、V和Mo的顺序由坩埚底部向上罗布，于真空感应炉内进行熔化，熔化温度为1800℃，反复熔化5次，得到合金熔液；

将合金熔液浇铸成横截面为60mm×60mm的正方形的长方体铸锭；

将所得长方体铸锭于1100℃下保温15h进行均匀化处理，随后随炉冷却至1050℃保温30min后在该保温温度下进行6道次轧制，热轧的总变形量为70％，得到板厚为18mm的致密化合金坯(热轧板)，将所得致密化合金坯于870℃条件下保温5h进行退火处理，空冷至室温，得到高强高塑耐磨高熵合金。

对实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金进行以下测试：

1、采用X射线衍射研究所得高强高塑耐磨高熵合金的相组成，XRD测试结果见图1。由图1可知，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金的合金组织为FCC结构奥氏体和碳化物。对碳化物进行了进一步的萃取及X射线衍射分析，XRD测试结果见图2。由图2可见，碳化物主要为MC、M₂C和M₂₃C₆型碳化物。

2、采用扫描电镜能谱分析方法分析所得高强高塑耐磨高熵合金的奥氏体元素组成，结果见表1。

表1实施例1扫描电镜能谱分析结果

元素	质量百分比/wt.％	摩尔百分比/at.％
			V	2.67	3.01
Cr	8.45	9.31
			Fe	59.77	61.35
Co	11.79	11.47
			Ni	11.91	11.63
Mo	5.41	3.23

采用高熵合金的相判据体系对实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金的相形成规律进行计算，其相关参数混合熔点T_m、混合熵△S_mix、混合焓△H_mix、原子尺寸差δ、参数Ω、价电子浓度VEC、电负性差△χ汇总于表2中。

表2实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金的相判据体系参数计算结果

参数	δ/％	△H<sub>mix</sub>/(KJ/mol)	△S<sub>mix</sub>/(KJ/mol)	T<sub>mix</sub>/K	Ω	VEC	△χ
								实施例1	7.75	-13.06	12.21	2000	1.87	7.65	0.21

由表1结合表2可见，根据高熵合金的相判据准则：Ω≥1.1，6.87≤VEC≤8，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金的相组成为单相FCC固溶体和化合物的混合组织，具有高熵性质。

3、采用电子背散射衍射方法观察所得高强高塑耐磨高熵合金的微观结构，所得铸态晶粒取向分布图见图3。由图3可见，本实施例得到的高强高塑耐磨高熵合金基体为单相奥氏体，平均晶粒尺寸约为100μm，晶粒取向为随机分布。

4、按照GB/T 228.1-2010标准检测本实施例1所得高强高塑耐磨高熵合金在室温下的力学性能，检测结果为：屈服强度为980MPa，抗拉强度为1130MPa，延伸率为85％。

实施例2

以摩尔百分比计，高强高塑耐磨高熵合金中包括Fe 55.6％，Co 10.2％，Ni9.3％，Cr 10.3％，Mo 5.2％，V 5.2％和C 4.2％。

所述高强高塑耐磨高熵合金的制备方法为：

将纯度为99.9wt％的Fe块、纯度为99.9wt％的Co块、纯度为99.9wt％的Ni块、纯度为99.9wt％的Cr块、纯度为99.9wt％的Mo块、纯度为99.9wt％的V块和纯度为99.9wt％的含碳量为5wt％的铁碳合金按照Ni、Co、Fe、铁碳合金、Cr、V和Mo的顺序由坩埚底部向上罗布，于真空感应炉内进行熔化，熔化温度为1810℃，反复熔化5次，得到合金熔液；

将合金熔液浇铸成横截面为60mm×60mm的正方形的长方体铸锭；

将所得长方体铸锭于1080℃下保温16h进行均匀化处理，随后随炉冷却至1080℃保温30min后在该保温温度下进行6道次轧制，热轧的总变形量为70％，得到板厚为18mm的致密化合金坯(热轧板)，将所得致密化合金坯于880℃条件下保温5h进行退火处理，空冷至室温，得到高强高塑耐磨高熵合金。

对实施例2所得高强高塑耐磨高熵合金进行如下测试：

1、采用扫描电镜研究高熵合金的微观组织形态，检测结果见图4。由图4可见，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金经热轧后，其碳化物破碎为块状和球状颗粒，碳化物颗粒尺寸为0.5～3μm且沿着轧制方向分布。

2、采用与实施例1相同的检测方法分析高熵合金的相组成，检测结果与实施例1相似，铸态枝晶经热轧后发生了再结晶，平均晶粒尺寸约为5μm。

3、采用与实施例1相同的检测方法测试所得高强高塑耐磨高熵合金的力学性能，测试结果为：屈服强度为1020MPa，抗拉强度为1260MPa，延伸率为89％。

实施例3

以摩尔百分比计，高强高塑耐磨高熵合金中包括Fe 55.4％，Co 9.8％，Ni10.3％，Cr 9.7％，Mo 5.3％，V 5.0％和C 4.5％。

所述高强高塑耐磨高熵合金的制备方法为：

将纯度为99.9wt％的Fe块、纯度为99.9wt％的Co块、纯度为99.9wt％的Ni块、纯度为99.9wt％的Cr块、纯度为99.9wt％的Mo块、纯度为99.9wt％的V块和纯度为99.9wt％的含碳量为5wt％的铁碳合金按照Ni、Co、Fe、铁碳合金、Cr、V和Mo的顺序由坩埚底部向上罗布，于真空感应炉内进行熔化，熔化温度为1790℃，反复熔化5次，得到合金熔液；

将合金熔液浇铸成横截面为60mm×60mm的正方形的长方体铸锭；

将所得长方体铸锭于1120℃下保温14h进行均匀化处理，随后随炉冷却至1100℃保温30min后在该保温温度下进行6道次轧制，热轧的总变形量为70％，得到板厚为18mm的致密化合金坯(热轧板)，将所得致密化合金坯于840℃条件下保温5h进行退火处理，空冷至室温，得到高强高塑耐磨高熵合金。

对实施例3所得高强高塑耐磨高熵合金进行如下测试：

1、采用扫描电镜研究高熵合金的微观组织形态，检测结果见图5。由图5可见，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金经热轧退火处理后，碳化物细小、弥散分布于基体，晶内碳化物尺寸为30～50nm，呈球状。

2、采用与实施例1相同的检测方法分析高熵合金的相组成，检测结果与实施例1相似。

3、采用与实施例1相同的检测方法测试所得高强高塑耐磨高熵合金的力学性能，测试结果为：屈服强度为1130MPa，抗拉强度为1380MPa，延伸率为92％。

4、采用OPTIMOL-SRV摩擦磨损试验机对高熵合金摩擦磨损性能进行测试，实验方法为点接触往复式摩擦，摩擦副为氮化硅球。采用传统金属切削用的典型耐磨产品-商用M2高速钢作为对比材料，测试结果如表3所示。

表3实施例1～3所得高强高塑耐磨高熵合金和对比M2高速钢磨损测试结果

由表3可以看出，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金在常温下的摩擦磨损性能与M2高速钢相当，其耐磨性约为M2高速钢的75％～80％，远高于现有技术制备的CoCrFeNi型高熵合金(现有技术制备的CoCrFeNi型高熵合金耐磨性约为M2高速钢的20％～30％)。

实施例4

以摩尔百分比计，高强高塑耐磨高熵合金中包括Fe 55.3％，Co 9.7％，Ni10.1％，Cr 10.2％，Mo 5.1％，V 4.8％和C 4.8％，其制备方法、热加工与热处理工艺同实施例3。

对比例1

以摩尔百分比计，高熵合金包括Co 25.1％，Cr 24.8％，Fe 25.4％，Ni24.7％。

所述高熵合金的制备方法为：

将纯度为99.9wt％的Fe块、纯度为99.9wt％的Co块、纯度为99.9wt％的Ni块、纯度为99.9wt％的Cr块按照Ni、Co、Fe、Cr的顺序由坩埚底部向上罗布，于真空感应炉内进行熔化，熔化温度为1805℃，反复熔化5次，得到合金熔液；

将合金熔液浇铸成横截面为60mm×60mm的正方形的长方体铸锭；

将所得长方体铸锭于1000℃下保温24h进行均匀化处理，空冷至室温，得到高熵合金。

采用与实施例1相同的检测方法测试实施例4所得高强高塑耐磨高熵合金和对比例1所得高熵合金的力学性能，测试结果如表4所示：

表4实施例4所得高强高塑耐磨高熵合金和对比例1所得高熵合金的力学性能测试结果

由表4可以看出，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金铸态和最终退火态的屈服强度和抗拉强度，相比较对比高熵合金均有着显著提升，延伸率相当。

由以上实施例可以看出，本发明提供的高强高塑耐磨高熵合金为奥氏体与碳化物的混合组织，经过热加工和热处理，晶粒能细化至5μm，碳化物呈0.2～3μm和0.03～0.05μm的双峰分布。本发明的高熵合金在常温下具有优异的力学性能，屈服强度达980～1130MPa，抗拉强度为1130～1380MPa，延伸率达到85～92％，塑性和强度高于用传统方法制备的FeCoCrNi系高熵合金的力学性能；常温下的耐磨性与M2高速钢相当，远高于传统FeCoCrNi系高熵合金，可广泛适用于对材料强塑性匹配和耐磨性有较高要求的结构材料应用领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：

Fe 54.0～56.0％，Co 9.0～11.0％，Ni 9.0～11.0％，Cr 9.0～11.0％，Mo 4.0～6.0％，V 4.0～6.0％和C 4.0～6.0％；

所述高强高塑耐磨高熵合金的晶粒尺寸为100～200μm，碳化物尺寸为0.03～3μm。

2.根据权利要求1所述的高强高塑耐磨高熵合金，其特征在于，所述高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：

3.权利要求1～2任一项所述高强高塑耐磨高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

提供合金熔液；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述合金熔液的制备方法包括：将对应组分的合金原料熔化，得到合金熔液；所述熔化的温度为1700～1900℃，时间为20～25min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸的温度为1700～1750℃，时间为90～150s。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述均匀化的温度为1000～1200℃，时间为10～20h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的温度为950～1150℃；所述热轧的总变形量为60～80％。

8.根据权利要求3或7所述的制备方法，其特征在于，所述热轧为多道次轧制，每道次的变形量为10～15％。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为820～920℃，时间为4～6h。