CN110273095A - 一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其步骤包括：选取CoCrNi三元中熵合金作坯料，其Co、Cr及Ni原子百分比为1：1：1；将坯料加热轧制成4～12mm的板材，然后空冷至室温；将空冷后的板材在加热炉中加热，保温，然后淬火至室温，再在‑50℃的温度下进行冷轧，总变形量为75％，得到厚度为1～3mm的板材；将1～3mm板材在退火炉中加热，保温，然后淬火至室温，得到抗拉强度1.5GPa的中熵合金。本发明提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，制得的中熵合金具有高强度与高塑性。
Description
技术领域
本发明属于金属板带轧制与热处理技术领域，特别涉及一种抗拉强度 1.5GPa中熵合金的制备方法。
背景技术
随着社会发展与科技的进步，对高性能的新型金属材料提出了更高的需求。中熵合金打破了传统合金以混合焓为主的单主元成分设计理念，以构型熵为主设计了一类新型多主元金属材料。同时，与添加五元及以上的高熵合金相比，中熵合金以三元或四元合金为主，由于其具有与传统合金不同的独特结构，在成分设计简化的基础上，中熵合金仍然具有高强度、高硬度、良好耐磨性、耐热性及抗高温氧化性等性能，有望在超高强航空航天材料、超高温材料、抗辐照核能材料等工业领域中得到推广和应用。然而，由于中熵合金多为面心立方结构，传统的细晶强化与相变强化机制很难得到应用，在常规的轧制及后续热处理工艺下，其力学性能较低，无法满足最终产品高强度、高塑性的要求，因此，需要改进工艺路线，以获得具有高强度与高塑性优良性能的中熵合金。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高强度与高塑性的抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，包括如下步骤：
选取CoCrNi三元中熵合金作坯料，其Co、Cr及Ni原子百分比为1：1：1；
将坯料加热轧制成4～12mm的板材，然后空冷至室温；
将空冷后的板材在加热炉中加热，保温，然后淬火至室温，再在-50℃的温度下进行冷轧，总变形量为75％，得到厚度为1～3mm的板材；
将1～3mm的板材在退火炉中加热，保温，然后淬火至室温，得到抗拉强度1.5GPa的中熵合金。
进一步地，所述坯料加热轧制过程中，终轧温度控制为1000±20℃，
进一步地，所述空冷后的板材在加热炉中加热温度至1200±10℃，加热速率为10-15℃/min，保温时间为100-140min。
进一步地，所述板材在退火炉中加热至800℃±10℃，加热速率为 10-15℃/min，保温100-140min。
进一步地，所述空冷后的板材在冷轧时的总变形量控制在75％。
对三元CoCrNi中熵合金来说，其晶体结构为面心立方，单纯依靠奥氏体晶粒的细化获得的性能提升有限，而奥氏体组织的强度、位错密度及尺寸分布均会直接影响产品的最终力学性能。过冷轧过程(-50℃)，与常规室温轧制相比，可以有效增加应变累计效果，使奥氏体晶粒中的位错密度迅速升高，为了保留这些强度较高的奥氏体组织，后续采用退火工艺使组织发生部分再结晶过程，而再结晶组织具有较低的位错密度，其塑性较优，故位错密度高、强度高的冷轧变形组织与位错密度低、塑性高的再结晶组织的协调作用可以有效提高合金钢的强度与塑性。因此，本发明提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，在不改变现有CoCrNi化学成分的前提下，充分利用过冷轧及后续退火工艺，对退火过程中的部分再结晶行为进行调控，最终组织为再结晶组织与冷轧变形组织，可最大程度调控其强度及塑性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法制得的中熵合金的EBSD组织照片；
图3为本发明实施例提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法制得的中熵合金的拉伸曲线图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，包括如下步骤：
选取CoCrNi三元中熵合金作坯料，其Co、Cr及Ni原子百分比为1： 1：1；
将坯料加热轧制成4～12mm的板材，然后空冷至室温；
将空冷后的板材在加热炉中加热，保温，然后淬火至室温，再在-50℃的温度下进行冷轧，得到厚度为1～3mm的板材；
将板材在退火炉中加热，保温，然后淬火至室温，得到抗拉强度1.5GPa 的中熵合金。
其中，所述坯料加热轧制过程中，终轧温度控制为1000±20℃，
其中，所述空冷后的板材在加热炉中加热温度至1200±10℃，加热速率为10-15℃/min，保温时间为100-140min。
其中，所述板材在退火炉中加热至800℃±10℃，加热速率为10-15℃ /min，保温100-140min。
其中，所述空冷后的板材在冷轧时的总变形量控制在75％。
下面通过具体的实施例对本发明提供的一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法做具体说明。
实施例1
选取40mm*40mm的CoCrNi中熵合金，其Co、Cr及Ni原子比为1:1:1。首先，将坯料加热至1200℃，保温1.5h后，经过多道次轧制成10mm的板材，其终轧温度为1000℃，然后空冷至室温。选取热轧后的板材，放入加热炉中，以加热速率为12℃/min的加热速率加热至1200℃，保温120min 后淬火至室温。选取淬火后的板材进行冷轧，其冷轧温度为-50℃，冷轧后板材厚度为2.5mm，其冷轧总变形量为75％。最后取冷轧后的板材，将其放入退火炉中，加热至800℃，加热速率为12℃/min，保温120min后淬火至室温，最终制得了抗拉强度可达1.57GPa、断后延伸率为20％的产品。参见图2，本实施例制得的中熵合金的组织为再结晶和未再结晶组织，参见图3，从该曲线可以看出，本发明实施例制得的中熵合金的抗拉强度达到了 1.5GPa。
实施例2
选取20mm*20mm的CoCrNi中熵合金，其Co、Cr及Ni原子比为1:1:1。首先，将坯料加热至1250℃，保温1h后，经过多道次轧制成4mm的板材，其终轧温度为1000℃，然后空冷至室温。选取热轧后的板材，放入加热炉中，以加热速率为10℃/min的加热速率加热至1200℃，保温100min后淬火至室温。选取淬火后的板材进行冷轧，其冷轧温度为-50℃，冷轧后板材厚度为1mm，其冷轧总变形量为75％。最后取冷轧后的板材，将其放入退火炉中，加热至800℃，加热速率为10℃/min，保温100min后淬火至室温，最终得到了抗拉强度可达1.59GPa、断后延伸率为19％的产品。参见图2，本实施例制得的中熵合金的组织为再结晶和未再结晶组织，参见图3，从该曲线可以看出，本发明实施例制得的中熵合金的抗拉强度达到了1.5GPa。
实施例3
选取40mm*40mm的CoCrNi中熵合金，其Co、Cr及Ni原子比为1:1:1。首先，将坯料加热至1200℃，保温2h后，经过多道次轧制成12mm的板材，其终轧温度为1000℃，然后空冷至室温。选取热轧后的板材，放入加热炉中，以加热速率为15℃/min的加热速率加热至1200℃，保温140min后淬火至室温。选取淬火后的板材进行冷轧，其冷轧温度为-50℃，冷轧后板材厚度为3mm，其冷轧总变形量为75％。最后取冷轧后的板材，将其放入退火炉中，加热至800℃，加热速率为15℃/min，保温140min后淬火至室温，最终得到了抗拉强度可达1.51GPa、断后延伸率为21％的产品。参见图2，本实施例制得的中熵合金的组织为再结晶和未再结晶组织，参见图3，从该曲线可以看出，本发明实施例制得的中熵合金的抗拉强度达到了 1.5GPa。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
选取CoCrNi三元中熵合金作坯料，其Co、Cr及Ni原子百分比为1：1：1；
将坯料加热轧制成4～12mm的板材，然后空冷至室温；
将空冷后的板材在加热炉中加热，保温，然后淬火至室温，再在-50℃的温度下进行冷轧，总变形量为75％，得到厚度为1～3mm的板材；
将1～3mm的板材在退火炉中加热，保温，然后淬火至室温，得到抗拉强度1.5GPa的中熵合金。
2.根据权利要求1所述的抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其特征在于：所述坯料加热轧制过程中，终轧温度控制为1000±20℃。
3.根据权利要求1所述的抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其特征在于：所述空冷后的板材在加热炉中加热温度至1200±10℃，加热速率为10～15℃/min，保温时间为100-140min。
4.根据权利要求1所述的抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其特征在于：所述板材在退火炉中加热至800℃±10℃，加热速率为10～15℃/min，保温100-140min。
5.根据权利要求1所述的抗拉强度1.5GPa中熵合金的制备方法，其特征在于：所述空冷后的板材在冷轧时的总变形量控制在75％。
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