CN109201740B - 一种制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，第一步：采用热轧的方式，将CrCoNi带材轧制至1mm～2mm之间；第二步：采用室温轧制的方式，将热轧后的CrCoNi带材轧制至0.4mm～0.5mm；第三步：对冷轧的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃；第四步：对热处理后的CrCoNi带材进行‑190℃～‑100℃的深冷异步轧制，将CrCoNi带材轧制至0.1mm～0.15mm；第五步：对深冷异步轧制后的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃，实现带材内部形成大量的纳米孪晶；第六步：对热处理的带材进行进一步深冷异步轧制；重复第五步和第六步1到3次，制备出高密度孪晶中熵合金带材。本发明所得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纳米孪晶密度，因而材料内部具有更高的强度与韧性，同时厚度更薄。
Description
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密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法。
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。
CrCoNi中熵合金制备过程中，其本身的孪晶密度和尺寸对于其机械性能有非常大的影响。很多研究表明，纳米孪晶密度增强有利于增强材料的抗疲劳寿命。然而，传统方法制备的中熵合金的孪晶密度有限，其对提高材料性能的潜能没能够全面发挥。
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密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，所得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纳米孪晶密度，因而，材料内部具有更高的强度与韧性，同时具有更薄的厚度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，包括：
第一步：采用热轧的方式，将CrCoNi带材轧制至1mm～2mm之间；
第二步：采用室温轧制的方式，将热轧后的CrCoNi带材轧制至0.4mm～0.5mm；
第三步：对冷轧的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃；
第四步：对热处理后的CrCoNi带材进行-190℃～-100℃的深冷异步轧制，将CrCoNi带材轧制至0.1mm～0.15mm；
第五步：对深冷异步轧制后的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃，实现带材内部形成大量的纳米孪晶；
第六步：对热处理的带材进行进一步深冷异步轧制；
重复第五步和第六步1到3次，制备出高密度孪晶中熵合金带材。
所述第一步中热轧温度为850℃～1100℃。
所述第三步中热处理时间为5min-15min；第五步中热处理时间为2min-5min。
所述第四步中轧制异速比为1.2～1.5。
所述第六步中轧制压下率为(10±5)％。
本发明适合于所有CrCoNi中熵合金，可制备高密度孪晶中熵合金箔材，该箔材将可能用于航空、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是本发明制备流程图。
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。
本发明一种制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其主要原理是基于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，利用中间热处理构成CrCoNi合金容易形成大量的纳米尺寸的孪晶，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，从而生产出高密度孪晶的中熵CrCoNi合金箔材。由于多阶段深冷轧制过程中，CrCoNi合金中晶粒尺寸更小、孪晶尺寸更小密度更高，从而有效地提高了材料强度。同时，深冷成形和纳米孪晶结构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。
参考图1，本发明的具体步骤如下：
第一步：利用铸模1铸造CrCoNi块体2得到CrCoNi带材4作为原料，并在加热温度为850℃～1100℃的加热炉3中加热；
第二步：利用热轧机6，采用热轧工艺，将加热的CrCoNi带材5轧制至1mm～2mm之间，热轧温度为850℃～1100℃。
第三步：利用冷轧机8，采用室温轧制工艺，将热轧得到的CrCoNi带材7轧制至0.4mm～0.5mm；
第四步：利用加热炉9，对冷轧得到的CrCoNi带材10进行长时间热处理，加热温度为750℃～850℃，热处理时间为5min-15min。
第五步：在深冷箱11中对上一步热处理得到的CrCoNi带材12进行深冷，深冷箱11采用氮气进行冷却，冷却温度为-190℃～-100℃；然后将深冷处理的CrCoNi带材15进行深冷异步轧制，轧制异速比即异步轧机上轧辊16的线速度V1与异步轧机下轧辊17的线速度V2之比在1.2～1.5之间，将深冷处理的CrCoNi带材15轧制至0.1mm～0.15mm。其中，辊缝入口分别设置有上侧氮气喷枪13和下侧氮气喷枪14，采用-190℃～-100℃氮气冷却，以保证异步轧机上轧辊16和异步轧机下轧辊17以及深冷处理的CrCoNi带材15的深冷温度。
第六步：在加热炉18中，对深冷异步轧制的CrCoNi带材19进行短时间热处理，加热温度为750℃～850℃，热处理时间为2min-5min。实现带材内部形成大量的纳米孪晶。
第七步：对热处理的带材17进行进一步深冷异步轧制，轧制压下率为10％左右。
重复第六步和第七步1到3次，制备出高密度孪晶中熵合金带材。材料的抗拉强度达到2000MPa～2600MPa。
以下是利用本发明方法制备高密度孪晶中熵合金CrCoNi箔材的一个具体实施例，步骤如下：
第一步：采用铸造的CrCoNi带材为原料，材料的厚度为8mm。
第二步：采用热轧的方式，将CrCoNi带材轧制1mm，热轧温度为1000℃。
第三步：采用室温轧制的方式，将CrCoNi带材轧制0.4mm。
第四步：对冷轧的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为800℃，热处理时间为10min。
第五步：对CrCoNi带材进行深冷异步轧制，轧制异速比为1.3，将CrCoNi带材轧制0.12mm。
第六步：对深冷异步轧制的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为800℃，热处理时间为3min。
第七步：对热处理的带材进行进一步深冷异步轧制，轧制压下率为10％。
重复第六步和第七步2次，制备出高密度孪晶中熵合金带材。材料的抗拉强度达到2300MPa。
Claims (5)
1.一种制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其特征在于，包括：
第一步：采用热轧的方式，将CrCoNi带材轧制至1mm～2mm之间；
第二步：采用室温轧制的方式，将热轧后的CrCoNi带材轧制至0.4mm～0.5mm；
第三步：对冷轧的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃；
第四步：对热处理后的CrCoNi带材进行-190℃～-100℃的深冷异步轧制，将CrCoNi带材轧制至0.1mm～0.15mm；
第五步：对深冷异步轧制后的CrCoNi带材进行热处理，加热温度为750℃～850℃，实现带材内部形成大量的纳米孪晶；
第六步：对热处理的带材进行进一步深冷异步轧制；
重复第五步和第六步1到3次，制备出高密度孪晶中熵合金带材。
2.根据权利要求1所述制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其特征在于，所述第一步中热轧温度为850℃～1100℃。
3.根据权利要求1所述制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其特征在于，所述第三步中热处理时间为5min-15min；第五步中热处理时间为2min-5min。
4.根据权利要求1所述制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其特征在于，所述第四步中轧制异速比为1.2～1.5。
5.根据权利要求1所述制备高密度孪晶中熵合金的多阶段深冷轧制方法，其特征在于，所述第六步中轧制压下率为(10±5)％。
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