CN109457197A - 一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术 - Google Patents

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Abstract

本发明属于属于材料加工技术领域，涉及一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术。本发明的目的是要在高熵合金热处理过程中通过施加超声与压力从而促进合金晶粒的转变，从而细化高熵合金晶粒组织，提高其综合力学性能，超声与压力辅助热处理技术易于实现，实际操作过程简单，为通过热处理工艺提高高熵合金综合力学性能、解决其晶粒粗大和易于开裂的问题提供了一种高效的方法。实现方法主要包括：准备高熵合金，固定并加压，加热升温，启动超声振动，保温，以一定介质冷却，得到热处理产品。本发明对高熵合金进行热处理的时候是通过辅助以超声和压力的能量从而促进其产生回复和再结晶，细化晶粒组织，从而达到提高其综合力学性能的目的。本发明最终能有效实现对高熵合金晶粒的转变，从而细化其晶粒组织，提高其综合力学性能。

Description

一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术
技术领域
本发明属于超声与压力一体辅助高熵合金热处理的技术方法。针对高熵合金热处理过程中难以发生再结晶和组织转变的问题，提出的一种促进其再结晶、提高其综合性能的方法。
背景技术
高熵合金(High-entropy alloys)，又称多主元高熵合金，是由5种或5种以上元素为主要元素，各主要元素含量为5～35％，以等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其它方法制成的具有高混合熵的新型合金材料。多主元合金的特点是冷却凝固后会形成简单结构的固溶体，并且硬度和强度都很高，高熵合金的混合熵高于形成金属间化合物的熵变，因此能够有效地抑制金属间化合物的产生。高熵合金理念的提出，突破了传统合金在微观结构和性能上的限制，使合金体系得到了质的创新。高熵合金与橡胶金属、大块非晶玻璃合称为近代合金化理论的三大突破性创举。
热处理是指在固态范围内，采用加热、保温和冷却等方法改变金属材料的内部组织结构，从而改善金属材料力学性能的工艺方法。但由于多主元和迟滞扩散效应，高熵合金的热处理研究过程中发现，高熵合金的再结晶温度比较高，很难发生组织转变。与复杂的合金不同，高熵合金更倾向于形成简单的晶体结构，如FCC、BCC等，但是复杂的合金体系提高了晶格的畸变率，由于组元原子半径的不同，还会阻碍位错的滑移与攀移和晶界的迁移，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍了再结晶过程。
超声波是一种高频声波，在介质中传导时，会产生周期性的应力和声压变化。超声波振动的作用使晶体位错运动的动能增加,受阻位错迁移率增加,使剪切滑移容易进行，可以促进金属再结晶过程，同时，超声波的震动会破碎结晶过程中产生的粗大枝晶，细化晶粒，提高致密度。
鉴于此，为了促进高熵合金的再结晶和组织转变，提高高熵合金热处理的效率，本发明提出一种同时利用超声波与压力辅助高熵合金热处理的方法，利用超声振动与压力提供的能量降低高熵合金的再结晶温度，从而实现在较低温度下高熵合金的再结晶和组织转变。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理方法，促进高熵合金热处理过程中的再结晶和组织转变，降低其再结晶温度，从而提高其综合性能。
由于高熵合金复杂的合金体系会提高晶格的畸变率，并且组元原子半径的不同，阻碍位错的滑移与攀移和晶界的迁移，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍了再结晶过程，导致高熵合金的再结晶温度比较高，热处理过程中较难发生组织转变。
超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，可以提供很大的能量。因此可通过超声压力一体辅助高熵热处理的方法，同时利用热能、超声振动能与外力作用促进位错的运动，促进高熵合金的再结晶与组织转变。实现在较低温度下，对高熵合金进行热处理，提高其综合性能。
为达到上述技术目标，本发明采用以下技术方案来实现：
第一步：将高熵合金试样放置在热处理设备中固定。
第二步：加压、设置热处理参数。启动压力装置对试样施加一定的压力，设置热处理工艺参数、调节热处理炉内的气压与气氛。
第三步:启动超声振动系统给整个热处理环境提供一个超声振动环境。
第四步：对试样进行加热升温至一定温度后保温、保温一定时间后将高熵合金试样放进合适的冷却介质中进行冷却。
第五步：对热处理完的试样进行组织结构分析，调整工艺参数，重复实验，直至加工出组织细密、性能优良的试样。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、超声振动与压力辅助可以显著提高位错动能，促进位错的滑移，促进高熵合金组织转变。
2、通过调节超声频率，利用超声的能量可以使合金试样内的粗大晶粒做受迫振动，有利于获得组织致密性能良好的合金。
3、压力装置对高熵合金产生的压应力会使其在热处理过程中增加变形能，从而促进热响应，提高高熵合金的性能。
4、实验装置简单、过程易于实现，且成本较低，极具应用价值。
附图说明
图1所示为本发明提出的超声与压力一体辅助热处理示意图，整个实验过程在超声环境中进行，通过1所示的液压机加压装置对试样加压固定，并通过外加电源2对试样进行电阻加热实现热处理，通过超声和压力给试样提供额外的能量促进其在热处理过程中的回复和再结晶过程，促进其晶粒的转变，制备出组织细密均匀的材料，从而提高其综合性能。
具体实施方式
以高熵合金AlCoCrFeNiTi0.5在压力与超声辅助下进行退火处理为例进行说明。具体实现步骤如下：
第一步：打开热处理炉门，将高熵合金AlCoCrFeNiTi0.5试样通过加压装置固定并施加一定压力，但不致其发生塑性变形。
第二步：设置热处理参数。根据高熵合金AlCoCrFeNiTi0.5的熔点设置热处理温度为800℃，保温时间5h，保温结束后随炉冷却。设置完成后关闭炉门。
第三步：对热处理炉进行抽真空，抽至真空后通入氩气，然后再次抽真空，总共抽真空三次后通入氩气，保证炉内的纯氩气气氛。
第四部：启动超声装置对整个环境提供一个超声环境，并启动加热电源按照预设的参数进行热处理。
第五步：等待升温、保温完成，关掉加热电源和超声系统，让AlCoCrFeNiTi0.5试样随炉冷却到室温后将其取出。
第五步：对试样进行组织结构分析，调整工艺参数，重复实验，直至加工出组织细密、性能优良的试样。

Claims (2)

1.一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术，具体按以下步骤完成：
(1)打开热处理炉门，将高熵合金AlCoCrFeNiTi0.5试样通过加压装置固定并施加一定压力，但不致其发生塑性变形；
(2)设置热处理参数：根据高熵合金AlCoCrFeNiTi0.5的熔点设置热处理温度为800℃，保温时间5h，保温结束后随炉冷却，设置完成后关闭炉门；
(3)对热处理炉进行抽真空，抽至真空后通入氩气，然后再次抽真空，总共抽真空三次后通入氩气，保证炉内的纯氩气气氛；
(4)启动超声装置对整个环境提供一个超声环境，并启动加热电源按照预设的参数进行热处理；
(5)等待升温、保温完成，关掉加热电源和超声系统，让AlCoCrFeNiTi0.5试样随炉冷却到室温后将其取出；
(6)对试样进行组织结构分析，调整工艺参数，重复实验，直至加工出组织细密、性能优良的试样。
2.根据权利要求1所述的一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术，其特征在于：通过对高熵合金在热处理过程中施加超声与压力促进其产生回复和再结晶，从而出现晶粒的转变，有效地解决了高熵合金热处理过程中因为晶格畸变而难以产生再结晶的问题；该方法装置简单，易于实现，能通过简单的工艺设备即能有效促进高熵合金产生回复和再结晶，从而细化晶粒组织，实现通过热处理工艺提高高熵合金综合力学性能的目的。
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