CN108906889A - 一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法 - Google Patents

一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法 Download PDF

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Abstract

一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，将CrCoNi合金棒材或者板材进行切割成薄片，放入‑190℃～‑150℃深冷箱进行深冷处理，利用液氮喷枪对轧辊进行冷却，取深冷后样品进行深冷异步轧制，异步轧制过程中保持液氮对轧辊进行冷却，将轧制后的材料放入深冷箱中进行冷却，重复第四步和第五步，直到轧件压下率超85％～95％，箔材厚度为200μm～6μm。本发明利用CrCoNi合金在超低温情况下良好的塑性变形能力，利用超低温抑制大塑性变形过程中材料晶粒尺寸动态再结晶行为实现晶粒尺寸细化，利用异步轧制过程轧件变形区内存在的搓轧变形实现材料厚度减薄，从而生产出中熵CrCoNi合金箔材，有效地提高了材料强度和塑性，实现制备的中熵CrCoNi箔材具有高的强韧性。

Description

一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法
技术领域
本发明属于金属板带轧制技术领域，特别涉及一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法。
背景技术
航空航天工业的发展和需求推动了材料科学研究的进展，而先进材料的应用又促进了航空航天工业的进步。目前，有关卫星技术、载人航天技术和月球探测等方面的任务越来越频繁，高可靠性、长寿命和轻量化是未来航天器设计与制造的焦点。CrCoNi中熵合金在低温下强度高、韧性好、具有宽温域结构稳定性、耐辐照损伤和抗交变温度等，具有在空间飞行器活动构件使用的潜力。一般情况下，中熵合金CrCoNi为铸造状态，提高其力学性能可以采用热锻压等方式。随着航空航天微型零部件的逐渐增加，需要制备出具有良好高温力学性能的中熵合金箔材具有极大的市场潜力。
然而，由于中熵合金强度高，采用传统的热轧工艺能够实现工件厚度降低到0.5mm左右。如果需要进一步降低该中熵合金的厚度，制备出用于微成形件的中熵合金箔材，采用传统轧制方法几乎没有办法实现。与此同时，随着箔材厚度降低，需要进一步提高箔材的强度，以满足微成形件的结构强度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，利用该方法制备的CrCoNi中熵合金箔材比传统冷轧制备的CrCoNi中熵合金带材具有更高的强度与韧性，同时具有更薄的厚度，该方法适合所有CrCoNi中熵合金箔材的制备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，包括如下步骤：
第一步：以铸造的CrCoNi合金棒材或者板材为原料；
第二步：将CrCoNi合金棒材或者板材进行切割成薄片；
第三步：将所得薄片放入深冷箱进行深冷处理，保温时间为5-10分钟，深冷箱设置温度为-190℃～-150℃；
第四步：利用液氮喷枪对轧辊进行冷却；
第五步：取出深冷后的CrCoNi合金样品，进行深冷异步轧制，异步轧制过程中，保持液氮对轧辊进行冷却，轧制速度为5～25m/min，轧制异速比设置为1.0～1.6之间，单道次压下率为5％～15％；
第六步：将轧制后的材料放入深冷箱中进行冷却，重复第四步和第五步，直到轧件压下率超85％～95％，箔材厚度为200μm～6μm。箔材的晶粒尺寸为200nm以下，材料的抗拉强度达到1900MPa～2500MPa。
所述第二步中，采用线切割方式或者其它切割方式进行切割，所得薄片的厚度为0.5mm～1.5mm。
所述深冷箱与液氮罐相连接，通过液氮进行冷却，实现温度精确控制。
本发明的主要原理为利用CrCoNi合金在超低温情况下良好的塑性变形能力，利用超低温抑制大塑性变形过程中材料晶粒尺寸动态再结晶行为实现晶粒尺寸细化，利用异步轧制过程轧件变形区内存在的搓轧变形实现材料厚度减薄，从而生产出中熵CrCoNi合金箔材。由于深冷异步轧制过程中，CrCoNi合金中晶粒尺寸更小，有效地提高了材料强度。同时，深冷成形能够有效提高材料的塑性，实现制备的中熵CrCoNi箔材具有高的强韧性。
与现有技术相比，本发明方法制备的CrCoNi中熵合金箔材，在降低厚度的情况下，强度与韧性均有明显提高，将可能用于航空、航天件中的微成形零部件以及其它需要高温高应变抗力的重要零部件领域。
附图说明
图1所示为本发明中熵合金CrCoNi箔材制备流程图。
图中：1.铸模；2.铸造的CrCoNi块体；3.采用线切割或其他方法制备的CrCoNi薄片，厚度为0.5mm～1.5mm；4.深冷箱，采用液氮进行冷却，可以控制温度-190℃～-150℃；5.深冷处理的CrCoNi薄片；6.深冷异步轧制的CrCoNi薄片；7.冷却氮气喷枪；8.上轧辊，辊速为V1；9.下轧辊，辊速为V2.
图2所示为采用深冷异步轧制制备的CrCoNi合金箔材的微观组织照片，为超细晶组织和纳米孪晶结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
图1所示为中熵合金CrCoNi箔材制备流程图。生产流程图如下：
第一步：利用铸模1进行铸造，得到CrCoNi块体2，CrCoNi块体2可以是棒材或者板材。
第二步：采用线切割或者其它切割方式将CrCoNi块体2切割成厚度为0.5mm～1.5mm的薄片3。
第三步：将薄片3放入深冷箱4中进行深冷处理，保温时间为5-10分钟，设置深冷箱4的温度为-190℃～-150℃。深冷箱4与液氮罐相连接，通过液氮进行冷却，实现温度精确控制。
第四步：开启上下压辊左右两侧的液氮喷枪7，对上轧辊8和下轧辊9进行冷却。
第五步：取出深冷处理的CrCoNi薄片5，进行深冷异步轧制，异步轧制过程中，保持液氮对轧辊进行冷却。轧制速度为5～25m/min，轧制异速比设置为1.0～1.6之间。单道次压下率为5％～15％。这里必须严格控制轧制道次压下率，避免过硬对轧辊损毁。轧辊采用高速钢材料的轧辊或者其它硬质合金轧辊。
第六步：将深冷异步轧制的CrCoNi薄片6放入深冷箱4中进行冷却，重复第四步和第五步。直到轧件压下率超85％～95％，箔材厚度为200μm～6μm。箔材的晶粒尺寸为200nm以下，材料的抗拉强度达到1900MPa～2500MPa。
该方法目前适合于所有CrCoNi中熵合金，以下是两个具体的应用案例。
应用案例1：
150μm厚度中熵合金CrCoNi箔材深冷异步轧制制备，步骤如下：
第一步：采用铸造的CrCoNi合金棒材为原料。
第二步：采用线切割将CrCoNi合金棒材切割成薄片，片材的厚度为1.0mm。
第三步：将薄片放入深冷箱进行深冷处理，保温时间为10分钟，深冷箱设置温度为-190℃。
第四步：开启左右两侧液氮喷枪，实现对轧辊进行冷却。
第五步：取出深冷后的CrCoNi合金样品，进行深冷异步轧制，异步轧制过程中，保持液氮对轧辊进行冷却。轧制速度为6m/min，轧制异速比设置为1.6。单道次压下率为10％。轧辊采用高速钢材料的轧辊。
第六步：将轧制后的材料放入深冷箱CrCoNi合金进行冷却，重复第四步和第五步。直到箔材厚度为150μm。箔材的抗拉强度达到2000MPa。CrCoNi微观组织照片如图2所示，为超细晶结合和纳米孪晶结构的混合组织。
应用案例2：
20μm厚度中熵合金CrCoNi箔材深冷异步轧制制备，步骤如下：
第一步：采用铸造的CrCoNi合金板材为原料。
第二步：采用线切割将CrCoNi合金板材切割成薄片，片材的厚度为0.3mm。
第三步：将薄片放入深冷箱进行深冷处理，保温时间为10分钟，深冷箱设置温度为-150℃。
第四步：开启左右两侧液氮喷枪，实现对轧辊进行冷却。
第五步：取出深冷后的CrCoNi合金样品，进行深冷异步轧制，异步轧制过程中，保持液氮对轧辊进行冷却。轧制速度为18m/min，轧制异速比设置为1.4。单道次压下率为8％。轧辊采用高速钢材料的轧辊。
第六步：将轧制后的材料放入深冷箱CrCoNi合金进行冷却，重复第四步和第五步。直到箔材厚度为20μm，箔材的抗拉强度达到2300MPa。

Claims (5)

1.一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：以铸造的CrCoNi合金棒材或者板材为原料；
第二步：将CrCoNi合金棒材或者板材进行切割成薄片；
第三步：将所得薄片放入深冷箱进行深冷处理，保温时间为5-10分钟，深冷箱设置温度为-190℃～-150℃；
第四步：利用液氮喷枪对轧辊进行冷却；
第五步：取出深冷后的CrCoNi合金样品，进行深冷异步轧制，异步轧制过程中，保持液氮对轧辊进行冷却，轧制速度为5～25m/min，轧制异速比设置为1.0～1.6之间，单道次压下率为5％～15％；
第六步：将轧制后的材料放入深冷箱中进行冷却，重复第四步和第五步，直到轧件压下率超85％～95％，箔材厚度为200μm～6μm。
2.根据权利要求1所述制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，其特征在于，所述第二步中，采用线切割方式进行切割。
3.根据权利要求1所述制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，其特征在于，所述第二步中，所得薄片的厚度为0.5mm～1.5mm。
4.根据权利要求1所述制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，其特征在于，所述深冷箱与液氮罐相连接，通过液氮进行冷却，实现温度精确控制。
5.根据权利要求1所述制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法，其特征在于，所述第六步中，所得箔材的晶粒尺寸为200nm以下，材料的抗拉强度达到1900MPa～2500MPa。
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