[發明專利]一種高熵模具鋼材料及其制備方法

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• 申請號: 202010705485.X
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN112662930A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 靳汝松;程虎;霍振國
• 申請（專利權）人: 臺州市黃巖海川模塑有限公司
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/04;C22C33/02;C22C38/02;C22C38/06;C22C38/34;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/52;C22C38/56;C22C38/58
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本發明公開了熱作模具鋼技術領域的一種高熵模具鋼材料及其制備方法，該高熵模具鋼材料的制備方法包括如下步驟：機械合金化制備高熵模具鋼粉末：將Fe、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、Si、V、Al和C等純金屬粉末按比例混合，粉末經研磨后放入不銹鋼球磨罐中球磨，球磨介質采用不銹鋼球，球磨方式為全方位球磨，球磨時，罐中通入高純氬氣，并加入一定量正庚烷作為過程控制劑，防止粉末過分冷焊和氧化，進而獲得高熵模具鋼粉末，本發明以Fe、Mn、Cr、Ni等作為主要合金元素，Co、Cu、Mo、Si、V、Al、C等作為微量元素加入，制備出高熵模具鋼，提高熱作模具材料的服役性能。

技術領域

本發明涉及熱作模具鋼技術領域，具體為一種高熵模具鋼材料及其制備方法。

背景技術

熱作模具鋼作為模具鋼的重要組成部分，主要用于制造從加熱到再結晶溫度以上的固態金屬或高溫液態金屬壓制成型的模具。熱作模具的工作條件非常惡劣，要求熱作模具鋼在服役過程中應同時具有良好的熱強性能、韌性、高溫耐磨性能以及抗熱疲勞性能。傳統熱作模具鋼的組織和性能調配已近乎達到了其極限水平。因此，設計開發新型熱作模具鋼材料具有重要意義。

高熵合金是近年來發展起來的一種新型金屬材料，通常可呈現出傳統合金無法比擬的優越性能，如高強韌性、高耐磨性以及優異的熱穩定性等，在高溫領域有著巨大的應用前景。可是，高熵合金成分中常包含一些高含量的貴重元素(如Co、Ni、Mo、V、Ti、Ta、Nb等)，導致合金生產成本較高，這在一定程度上阻礙了高熵合金的工業應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高熵模具鋼材料及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的普通熱作模具鋼的服役性能較差，而添加高含量貴重金屬的高熵合金具有優良的服役性能，但是造價昂貴的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高熵模具鋼材料，該高熵模具鋼材料包括如下組成成分：

Fe：30-50at.%、Mn：10-30at.%、Cr：10-30at.%、Ni：10-30at.%、Co：0-10at.%、Cu：0-10at.%、Mo：0-10at.%、Si：0-10at.%、V：0-10at.%、Al：0-10at.%和C：0-10at.%。

一種高熵模具鋼材料的制備方法，該高熵模具鋼材料的制備方法包括如下步驟：

S1：機械合金化制備高熵模具鋼粉末：將Fe、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、Si、V、Al和C等純金屬粉末按比例混合，粉末經研磨后放入不銹鋼球磨罐中球磨，球磨介質采用不銹鋼球，球磨方式為全方位球磨，球磨時，罐中通入高純氬氣，并加入一定量正庚烷作為過程控制劑，防止粉末過分冷焊和氧化，然后，進行充分干燥和篩分處理，獲得高熵模具鋼粉末；

S2：高熵模具鋼生坯壓制成形：稱取一定量高熵模具鋼粉末，并加入少量特制粘接劑，在罐磨機上進行混合，將混合均勻后的粉末放入壓制模具中，在壓力機上進行壓制成形；

S3：真空熱壓燒結制備塊體高熵模具鋼：將壓制好的生坯放入石墨模具，并置于真空熱壓爐中進行燒結。

優選的，所述步驟S1中的研磨時間為10-15min。

優選的，所述步驟S1中的球磨時間為30-40h，球磨30-40h后再向球磨罐中加入酒精進行濕磨5-10h。

優選的，所述步驟S2中的生坯成形壓強為300-500MPa，保壓時間2-3min。

優選的，所述步驟S3中的燒結參數為：燒結溫度950-1050℃，升溫速率6-8℃/min，施加軸向壓力20-30MPa，保壓時間1-2h，隨爐冷卻，燒結時爐膛中真空度達到10-10MPa。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明以Fe、Mn、Cr、Ni等作為主要合金元素，Co、Cu、Mo、Si、V、Al、C等作為微量元素加入，制備出高熵模具鋼，提高熱作模具材料的服役性能。

附圖說明