[发明专利]一种高熵模具钢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了热作模具钢技术领域的一种高熵模具钢材料及其制备方法，该高熵模具钢材料的制备方法包括如下步骤：机械合金化制备高熵模具钢粉末：将Fe、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、Si、V、Al和C等纯金属粉末按比例混合，粉末经研磨后放入不锈钢球磨罐中球磨，球磨介质采用不锈钢球，球磨方式为全方位球磨，球磨时，罐中通入高纯氩气，并加入一定量正庚烷作为过程控制剂，防止粉末过分冷焊和氧化，进而获得高熵模具钢粉末，本发明以Fe、Mn、Cr、Ni等作为主要合金元素，Co、Cu、Mo、Si、V、Al、C等作为微量元素加入，制备出高熵模具钢，提高热作模具材料的服役性能。

技术领域

本发明涉及热作模具钢技术领域，具体为一种高熵模具钢材料及其制备方法。

背景技术

热作模具钢作为模具钢的重要组成部分，主要用于制造从加热到再结晶温度以上的固态金属或高温液态金属压制成型的模具。热作模具的工作条件非常恶劣，要求热作模具钢在服役过程中应同时具有良好的热强性能、韧性、高温耐磨性能以及抗热疲劳性能。传统热作模具钢的组织和性能调配已近乎达到了其极限水平。因此，设计开发新型热作模具钢材料具有重要意义。

高熵合金是近年来发展起来的一种新型金属材料，通常可呈现出传统合金无法比拟的优越性能，如高强韧性、高耐磨性以及优异的热稳定性等，在高温领域有着巨大的应用前景。可是，高熵合金成分中常包含一些高含量的贵重元素(如Co、Ni、Mo、V、Ti、Ta、Nb等)，导致合金生产成本较高，这在一定程度上阻碍了高熵合金的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵模具钢材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的普通热作模具钢的服役性能较差，而添加高含量贵重金属的高熵合金具有优良的服役性能，但是造价昂贵的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高熵模具钢材料，该高熵模具钢材料包括如下组成成分：

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.%。

一种高熵模具钢材料的制备方法，该高熵模具钢材料的制备方法包括如下步骤：

S1：机械合金化制备高熵模具钢粉末：将Fe、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、Si、V、Al和C等纯金属粉末按比例混合，粉末经研磨后放入不锈钢球磨罐中球磨，球磨介质采用不锈钢球，球磨方式为全方位球磨，球磨时，罐中通入高纯氩气，并加入一定量正庚烷作为过程控制剂，防止粉末过分冷焊和氧化，然后，进行充分干燥和筛分处理，获得高熵模具钢粉末；

S2：高熵模具钢生坯压制成形：称取一定量高熵模具钢粉末，并加入少量特制粘接剂，在罐磨机上进行混合，将混合均匀后的粉末放入压制模具中，在压力机上进行压制成形；

S3：真空热压烧结制备块体高熵模具钢：将压制好的生坯放入石墨模具，并置于真空热压炉中进行烧结。

优选的，所述步骤S1中的研磨时间为10-15min。

优选的，所述步骤S1中的球磨时间为30-40h，球磨30-40h后再向球磨罐中加入酒精进行湿磨5-10h。

优选的，所述步骤S2中的生坯成形压强为300-500MPa，保压时间2-3min。

优选的，所述步骤S3中的烧结参数为：烧结温度950-1050℃，升温速率6-8℃/min，施加轴向压力20-30MPa，保压时间1-2h，随炉冷却，烧结时炉膛中真空度达到10-10MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以Fe、Mn、Cr、Ni等作为主要合金元素，Co、Cu、Mo、Si、V、Al、C等作为微量元素加入，制备出高熵模具钢，提高热作模具材料的服役性能。

附图说明