本發明屬于有色金屬加工技術領域，具體涉及cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法。
背景技術：
根據經典的gibbs相率，n種元素的合金系統的平衡相的數目p＝n+1，在非平衡凝固時形成的相數p﹥n+1。當cu-fe-ni-al-cr合金具有五種主要組元，且五種組元成分含量均較高，沒有任何一種元素作為基體時，其較為混亂的合金組分使合金中形成大量復雜的金屬間化合物，會降低cu-fe-ni-al-cr多組元合金的機械性能，使得合金呈現脆性大、塑性低等不足，進而使得該類合金難以加工成形，缺乏實用價值。
目前研究報道中涉及的此類具有多種主組元的金屬材料，幾乎都是采用真空熔煉、粉末冶金、噴射沉積等方法制備的高熵合金，后續通常沒有進行復雜的熱處理以改善其塑性。如廣西大學的博士學位論文《a1-cr-fe-co-ni-cu系多組元合金組織與性能的研究》中對真空熔煉的a1-cr-fe-co-ni-cu系多組元合金進行了熱處理研究，該論文對a1-cr-fe-co-ni-cu系多組元合金提出了兩種熱處理制度，分別是800℃保溫1小時，1000℃保溫1小時，該論文提出，這兩種熱處理制度不能改善a1-cr-fe-co-ni-cu系多組元合金的塑性，還會使其硬度下降。中國的發明專利(申請號：201310725797.7)針對cunisicr合金，經實驗研究提出該合金較佳的熱處理工藝為：將合金升溫至900℃保溫1小時后水冷，再次升溫至500℃保溫4小時后隨爐冷卻。但該專利未明確給出經過熱處理后合金力學性能的改善程度，且所針對的合金是以cu為基體的多相合金，相成分較為簡單。
由于采用低成本的非真空熔煉方法制備的cu-fe-ni-al-cr系合金，其塑性差，難以進行加工變形，進而限制了該系合金的應用。因此急需提供一種在保持合金抗拉強度和硬度的同時，還能有效提高cu-fe-ni-al-cr多組元合金塑性的熱處理制度。而到目前為止，這類熱處理制度在相關文獻中還鮮有相關報道。
技術實現要素：
針對以上問題，本發明提出了一種包含多級熱處理和液氮深冷的高低溫交替的熱處理工藝，以改善cu-fe-ni-al-cr多組元合金內部相結構，顯著提高cu-fe-ni-al-cr多組元合金的綜合力學性能。
本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，所述熱處理方法中，包含n級熱處理和深冷處理；其中進行深冷處理后，至少進行1級熱處理；所述n大于等于3；所述深冷處理的溫度小于等于-100℃(即小于等于零下100℃)。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，所述cu-fe-ni-al-cr多組元合金為非真空熔鑄所得的cu-fe-ni-al-cr多組元合金。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，包括下述步驟：
步驟一
于750～850℃，對非真空熔鑄的cu-fe-ni-al-cr多組元合金進行第一次熱處理至少9小時，隨爐冷卻至室溫；得到第一次熱處理后的樣品；
步驟二
在300～500℃對第一次熱處理后的樣品進行第二次熱處理至少0.5小時；然后取出試樣在空氣中自然冷卻至室溫，得到第二次熱處理后的試樣；
步驟三
通入冷源，在-180℃以下對第二次熱處理后的試樣進行深冷處理至少3小時后，停止冷源供應，使得試樣的溫度恢復到室溫；得到深冷處理試樣；
步驟四
在300～400℃對深冷試樣進行第三次熱處理至少1小時后，取出空冷至室溫；得到成品。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，步驟一中，第一次熱處理的時間為9～10小時。第一次熱處理保溫完成后，停止供熱，打開爐門，使得試樣隨爐冷卻至室溫。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，步驟二中，第二次熱處理的時間為0.5～1小時。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，步驟三中，將第二次熱處理后的試樣放入液氮深冷箱中進行深冷處理3～8小時；停止深冷箱的液氮供應，使箱內溫度恢復至室溫，得到深冷處理試樣；進行深冷處理時，控制溫度為-190～-180℃。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，步驟四中，在300～400℃對深冷試樣進行第三次熱處理1～2小時后，取出空冷至室溫；得到成品。
作為進一步的優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，第一次熱處理的溫度為780～840℃；第二次熱處理的溫度為350～450℃；深冷處理的時間為4～6小時；第三次熱處理的溫度為320～380℃、時間為1.5～2.0小時。
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，其特征在于；cu-fe-ni-al-cr多組元合金以質量百分比包括下述組分：
作為優選方案，本發明cu-fe-ni-al-cr多組元合金的熱處理方法，所得成品的抗拉強度為479～510mpa、延伸率為18.5～26％。
在工業化應用時，第一次熱處理、第二次熱處理、第三次熱處理所用爐子優選為電阻爐，當然其他加熱爐也可用于本發明。
原理和優勢
本發明所涉及的非真空熔鑄的cu-fe-ni-al-cr鑄態多組元合金中存在大量的樹枝狀晶，樹枝狀晶內fe含量較高，枝間區域fe含量稍低；鑄態合金中可見少量粗大的β相，該相成分主要為cr；鑄態合金中還彌散分布著大量的粗大的富cu的針狀相，正是由于這些粗大相的存在，導致鑄態合金塑性較低。鑄態cu-fe-ni-al-cr多組元合金經過780～840℃下保溫9～10小時，隨爐冷卻的一級熱處理和在升溫至300～500℃的電阻爐內，保溫0.5～1.0小時的兩級熱處理后，樹枝晶回熔，粗大的β相和針狀相尺寸減小，cr元素和cu元素固溶到多組元合金基體中，使得晶粒細化，成分均勻，進而有利于塑性的提高；對鑄態合金經過深冷處理后，合金內部的熱應力和機械應力得到釋放，這有利于合金的塑性的進一步提高以及抗拉強度的增加；再經過320～380℃保溫1.5～2小時的回火處理后，使得晶粒深度細化，原料中粗大的針狀相經過熱處理后變為細小的相彌散分布于合金中，這些細小針狀相的強化效應使合金的抗拉強度進一步增加；同時回火處理后合金成分較為均勻，組織更為穩定，塑性得到進一步的增強。
本發明與現有多組元合金熱處理技術相比具有下列優點和效果：
(1)極大程度地提高多組元合金塑性：通過三級熱處理和深冷處理的高低溫交替的熱處理工藝，非真空熔鑄的cu-fe-ni-al-cr多組元合金的延伸率最高可達到27.8％以上，相比于熱處理前延伸率提高1753.3％以上。
(2)使cu-fe-ni-al-cr合金達到優良的綜合力學性能：本發明使此類多組元合金的抗拉強度提高63.14％，同時保留很高的硬度，改善了多組元合金的脆性，提升了cu-fe-ni-al-cr多組元合金的實用價值。經本發明的熱處理后，cu-fe-ni-al-cr多組元合金后續可以進行熱、冷塑性加工，從而拓寬了cu-fe-ni-al-cr多組元合金的使用范圍。
具體實施方式
以下通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體說明。需要說明的是，以下實施例和對比例僅用于解釋本發明，而不應視為對本發明的權利要求的范圍的限制。
實施例與對比例
本發明涉及的cu-fe-ni-al-cr多組元合金的一種熱處理工藝，是一種包含多級熱處理和液氮深冷的高低溫交替的熱處理工藝。按規定的成分配比取各組元原料，在中頻感應爐上用高純石墨坩堝進行非真空熔煉，按當先熔化高熔點物料在降溫熔化低熔點物料的原則，將配取的各組分原完全熔化并混合均勻后升溫至900-1000℃，在鋼質水冷模具中澆注，鑄錠自然冷卻成型。然后對同組同材質的鑄錠分別采用本發明的熱處理工藝和常規熱處理制度進行處理，每組相同成分鑄錠中設一個空白樣，即鑄態未熱處理樣品，與同組實施例和其他對比例進行性能對比。使用hvs-1000數顯顯微硬度記對各實施例和對比例試樣進行顯微硬度測試，載荷1kg，加載15s；使用美國instron3369力學試驗機對各實施例和對比例試樣進行室溫拉伸試驗，拉伸速度1mm/min，然后每組實施例和對比例相互進行力學性能對比。各實施例和對比例的合金成分見表1，各實施例和對比例熱處理制度和力學性能數據見表2。
表1各實施例和對比例的合金成分(wt.％)
表2各實施例與對比例的熱處理制度和力學性能數據
由表2中的數據可見，采用本發明的熱處理方法處理的cu-fe-ni-al-cr多組元合金，延伸率和抗拉強度都有明顯提升，同時保留有較高的硬度。
對比例1-3、2-3和3-3未進行熱處理，合金中含有大量的金屬間化合物，合金較脆，基本沒有塑性。
對比例1-1合金一級熱處理制度溫度過低，達不到cu-fe-ni-al-cr多組元合金相的相變點，只有少量的原子擴散，cu-fe-ni-al-cr多組元合金合金雖保留較高的硬度和抗拉強度，但延伸率沒有改善；對比例1-2的合金通過800℃×1h空冷處理，由于熱處理時間較短，cu-fe-ni-al-cr多組元合金內部枝晶、富cr的β相富cu的針狀相剛開始回溶，合金內部元素偏聚得到改善，cu-fe-ni-al-cr多組元合金因此軟化，塑性雖有所提升，卻因此導致抗拉強度和硬度降低。對比例2-1的cu-fe-ni-al-cr多組元合金二級熱處理溫度過高，會導致合金內部晶粒長大粗化，使合金的抗拉強度和塑性都降低；對比例2-2的cu-fe-ni-al-cr多組元合金同樣由于熱處理時間過短，合金內相稍有轉變，但轉變不完全，所以塑性沒有太大的提升。對比例3-1的cu-fe-ni-al-cr多組元合金沒有經過深冷處理，合金內部的熱應力和機械應力未能得到釋放，在進行拉伸力學性能檢測時，合金內部的殘余熱應力和拉伸力疊加作用于合金上，使合金的抗拉強度降低，合金內部殘留的熱應力使合金容易受到應力腐蝕，對合金的服役性能產生不良影響；對比例3-2的cu-fe-ni-al-cr多組元合金熱處理時間較短，對脆性材料進行水冷處理，會加劇材料的脆性，因此對比例3-2的脆性較大。
通過實施例與對比例的對比表明，本發明提供的熱處理制度，適合非真空熔鑄的cu-fe-ni-al-cr多組元合金，可以較大幅度地提升合金的塑性和抗拉強度，同時保留其較高的硬度，從而使合金具有優良的綜合力學性能。
需要說明的是，上述實施例僅僅是本發明的較佳實施例，并沒有用來限定本發明，本發明的保護范圍以權利要求書為準，在上述技術方案的基礎上所作出的等同替換或者替代，均屬于本發明的保護范圍。