一种基于第二类组织强化的奥氏体合金及其制备方法

摘要

一种基于第二类组织强化的奥氏体合金，其化学成分的质量百分比为：铁铬镍合金粉末为50‑75、钴基合金粉末为25‑50；上述奥氏体合金的制备方法主要是将铁铬镍合金粉末与钴基合金粉末混合均匀；将混合粉末装入石墨模具中，进行放电等离子烧结，烧结压力为30‑50MPa，烧结温度为1000‑1150℃，升温速度为50℃/min，烧结保温时间为5‑20min，烧结真空度：≤8Pa，烧结后随炉冷却，制得基于第二类组织强化的奥氏体合金。本发明工艺简单，流程短，生产成本低，节能环保，制备出的奥氏体合金不仅具有很好的室温强度和塑性，能够最大程度避免晶粒长大造成的性能恶化。

权利要求

1.一种基于第二类组织强化的奥氏体合金，其特征在于：它是一种具有两种组织结构特征、并兼有两种合金性能特点的复合材料，铁铬镍合金与钴基合金均为面心立方晶体结构，其化学成分的质量百分比为：铁铬镍合金粉末为50-75% 、钴基合金粉末为25-50% ；所述铁铬镍合金粉末的质量百分比为铬19.21% 、镍10.34% 、硅0.84% 、锰0.25% 、碳0.024% 、余量为铁，所述钴基合金粉末的质量百分比为铬29% 、钨4.4% 、镍1.1% 、硅1.1% 、碳1.1% 、铁0.2％，余量为钴。

2.根据权利要求1所述的基于第二类组织强化的奥氏体合金，其特征在于：所述铁铬镍合金粉末的粒度为50-150μm；所述钴基合金粉末的粒度为120-200μm。

3.权利要求1的基于第二类组织强化的奥氏体合金的制备方法，其特征在于：

(1)将铁铬镍合金粉末与钴基合金粉末按上述组分及其质量百分比含量配比混合粉末，将混合粉末放入研钵中，充分搅拌0.5-1h，直至铁铬镍合金粉末与钴基合金粉末混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合粉末装入石墨模具中，采用放电等离子烧结设备进行烧结，烧结电流类型为直流脉冲电流，烧结压力为30-50MPa，烧结温度为1000-1150℃，升温速度为50℃/min，烧结保温时间为5-20min，烧结真空度：≤8Pa，经快速烧结后随炉冷却，制得组织均匀的基于第二类组织强化的奥氏体合金。

说明书

一种基于第二类组织强化的奥氏体合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种奥氏体合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 粉末冶金作为一种新型的生产工艺，越来越被人们重视，由于其独特的优点，已成为解决新材料诸多问题的钥匙。目前，在粉末冶金领域，奥氏体合金强韧化的方法主要有加入第二相强化粒子，原位生成法，制备纳米晶等。

[0003] 加入第二相强化粒子虽然能够有效提高奥氏体合金的强度及高温稳定性，但是由于增强相多为脆性相，因而不能很好的与基体协调变形，增强相与基体界面处往往是裂纹萌生的位置，致使该类材料塑性一般较差。原位生成法是利用特殊化学反应使增强相在奥氏体合金内自己生成，但其内部化学反应过程和反应程度，增强相分布状况很难控制，且生产周期长，成本高。制备奥氏体纳米晶虽能够在一定程度上提高组织的强度和塑性，但随着温度升高晶粒尺寸超过临界尺寸时，纳米晶粒的持续生长能引起体系中晶界自由能的显著下降，从而导致体系发生热力学失稳，晶粒迅速长大，对材料性能造成不利影响。

[0004] 此外，有学者提出利用粉末烧结技术制备铁素体-奥氏体双相合金材料，利用铁素体的强度和奥氏体的塑性，来获得具有良好性能的新材料。但由于铁素体与奥氏体的晶体结构不同，两相界面处不能形成完善的共格关系，在受力变形情况下，两相不能很好的协调变形，从而大大降低材料的塑性。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种工艺简单、流程短、生产成本低、节能环保、在提高基体强度的同时还能够获得高塑性的基于第二类组织强化的奥氏体合金及其制备方法。

[0006] 本发明的基于第二类组织强化的奥氏体合金是一种具有两种组织结构特征、并兼有两种合金性能特点的复合材料，铁铬镍合金与钴基合金均为面心立方晶体结构，其化学成分的质量百分比为：铁铬镍合金粉末为50-75、钴基合金粉末为25-50；所述铁铬镍合金粉末的配方按质量百分比计的含量为铬19.21、镍10.34、硅0.84、锰0.25、碳0.024、余量为铁，上述粉末的粒度为50-150μm；所述钴基合金粉末的配方按质量百分比计的含量为铬29、钨4.4、镍1.1、硅1.1、碳1.1、铁0.2％，余量为钴，上述粉末的粒度为120-200μm。

[0007] 上述奥氏体合金的制备方法：

[0008] (1)混粉

[0009] 将铁铬镍合金粉末与钴基合金粉末按上述组分及其质量百分比含量配比混合粉末，将混合粉末放入研钵中，充分搅拌0.5-1h，直至铁铬镍合金粉末与钴基合金粉末混合均匀；

[0010] (2)放电等离子烧结

[0011] 将步骤(1)得到的混合粉末装入石墨模具中，采用放电等离子烧结设备进行烧结，烧结电流类型为直流脉冲电流，烧结压力为30-50MPa，烧结温度为1000-1150℃，升温速度为50℃/min，烧结保温时间为5-20min，烧结真空度：≤8Pa，经快速烧结后随炉冷却，制得组织均匀的基于第二类组织强化的奥氏体合金。

[0012] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0013] 1、操作简单，生产流程短，可实现批量生产，同时可以有效避免加入氧化物、WC，SiC等强化颗粒所引起的复杂界面反应，无机械合金化粉末引起的合金污染；

[0014] 2、可以在较低的烧结温度下实现烧结，烧结时间短，可以有效避免晶粒长大，制备的奥氏体合金具有组织、粒度分布均匀，致密度高等特点；

[0015] 3、制备的奥氏体合金无需后续处理，其高温性能相对铁铬镍合金得到很大的提高，可以在高温环境下使用，在一定程度上可以替代高温合金，降低使用成本，具有很大的科研价值和工业价值。

[0016] 4、由于钴基合金具有与基体相同的晶体结构，即面心立方结构，能够与基体奥氏体组织形成完善的共格关系，有利于第二类强化组织与基体协调变形，从而在提高基体强度的同时还能够获得高塑性。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例1制得的奥氏体合金的组织扫描电镜图。

[0018] 图2为本发明实施例1和实施例2制得的奥氏体合金以及铁铬镍合金室温下的应力应变曲线图。

[0019] 图3为本发明实例3制得的奥氏体合金和铁铬镍合金室温下的应力应变曲线图。

[0020] 图4为本发明实施例1制得的奥氏体合金拉伸后的断口扫描电镜图。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 取纯度均大于99.9％、粒度为50-150μm的铁铬镍合金粉末(成分为Fe-19.21Cr-10.34Ni-0.84Si-0.25Mn-0.024C)和纯度均大于99.9％、粒度为120-200μm的钴基合金粉末(成分为Co-29Cr-4.4W-1.1Ni-1.1Si-1.1C-0.2Fe)，按质量比为1：1的比例，放入研钵中，均匀搅拌0.5h，称取80g混合均匀的粉末放入石墨模具中，升温速度50℃/min，在1100℃保温
10min，压力50MPa，真空度8Pa的条件下进行放电等离子烧结，随炉冷却后得到基于第二类组织强化的奥氏体合金。其室温抗拉强度为970MPa，断后延伸率为24.67％。

[0023] 如图1所示，说明钴基合金与铁铬镍合金界面处结合良好，没有明显的界面缺陷。

[0024] 如图2所示，说明制备的奥氏体合金的强度较铁铬镍合金有明显的提高，并且具有良好的塑性。

[0025] 如图4所示，断口呈现大量韧窝，说明制备的奥氏体合金的断裂方式是典型的塑性断裂。

[0026] 实施例2

[0027] 取纯度均大于99.9％、粒度为50-150μm的铁铬镍合金粉末(成分为Fe-19.21Cr-10.34Ni-0.84Si-0.25Mn-0.024C)和纯度均大于99.9％、粒度为120-200μm的钴基合金粉末(成分为Co-29Cr-4.4W-1.1Ni-1.1Si-1.1C-0.2Fe)，按质量比3:1的比例，放入研钵中，均匀搅拌1h。称取80g混合均匀的粉末放入石墨模具中，升温速度50℃/min，在1150℃保温5min，压力50MPa，真空度8Pa的条件下进行放电等离子烧结，随炉冷却后得到一种基于第二类组织强化的奥氏体合金。其室温抗拉强度为800MPa，断后延伸率为56.83％。

[0028] 实施例3

[0029] 取纯度均大于99.9％、粒度为50-150μm的铁铬镍合金粉末(成分为Fe-19.21Cr-10.34Ni-0.84Si-0.25Mn-0.024C)和纯度均大于99.9％、粒度为120-200μm的钴基合金粉末(成分为Co-29Cr-4.4W-1.1Ni-1.1Si-1.1C-0.2Fe，按质量比3:1的比例，放入研钵中，均匀搅拌1h。称取80g混合均匀的粉末放入石墨模具中，升温速度50℃/min，在1000℃保温
20min，压力30MPa，真空度8Pa的条件下进行放电等离子烧结，随炉冷却后得到一种基于第二类组织强化的奥氏体合金。其室温抗拉强度为627MPa，断后延伸率为31.75％。

[0030] 如图3所示，说明新型奥氏体合金的强度较铁铬镍合金有一定的提高，并且具有较好的塑性。

[0031] 实施例4

[0032] 取纯度均大于99.9％、粒度为50-150μm的铁铬镍合金粉末(成分为Fe-19.21Cr-10.34Ni-0.84Si-0.25Mn-0.024C)和纯度均大于99.9％、粒度为120-200μm的钴基合金粉末(成分为Co-29Cr-4.4W-1.1Ni-1.1Si-1.1C-0.2Fe，按质量比3:2的比例，放入研钵中，均匀搅拌45min。称取80g混合均匀的粉末放入石墨模具中，升温速度50℃/min，在1000℃保温
15min，压力40MPa，真空度7Pa的条件下进行放电等离子烧结，随炉冷却后得到一种基于第二类组织强化的奥氏体合金。其室温抗拉强度为752MPa，断后延伸率为18.87％。