CN111206175A - 一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法 - Google Patents

一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法 Download PDF

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洪大军
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张自生
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Abstract

一种超高强轻质Al‑Ti‑V中熵合金高纯高均质的制备方法，工艺如下：真空感应熔炼、真空自耗重熔、等温锻造开坯+热轧、热挤压+热处理；真空感应熔炼采用原材料为Al、Ti、V三种元素的纯度均要求在99.99%以上；本发明采用“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双联冶炼工艺能有效提高原材料纯净度和化学成分均匀稳定性；可以进一步去除材料中的有害气体H、O、N并控制合金的化学成分；然后将合金铸锭进行等温锻造开坯+热轧/热挤压+热处理，制备出的超高强轻质Al‑Ti‑V中熵合金组织力学性能均匀，材料纯净度高，在加工过程中不易产生开裂等问题。

Description

一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制造技术领域，涉及一种中熵合金制备方法，具体指一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法。
背景技术
20世纪90年代，台湾学者叶均蔚率先突破传统材料设计观念，提出了合金设计的新理念，并且成功的制备出了有别于传统合金的“多元高熵合金”又被称为“多元高混乱度合金”，为新型合金设计打开了一扇窗。由于中、高熵合金具有高熵效应、较大的晶格畸变和迟滞扩散效应，合金中各元素会以较低能量的形式共存，使得中、高熵合金易形成简单结构的固溶体，并且合金中极少出现复杂相, 同时又因为添加不同元素带来的理化性能鸡尾酒效应，使得其具有传统合金无法比拟的的优良性能，比如高强度高硬度、优良的塑性和韧性、高温稳定性和耐蚀性等。因此中、高熵合金具有重要的学术研究以及应用价值，它在未来诸多行业中的应用可以为社会带来巨大的经济效益。
中、高熵合金由于与传统合金在合金设计上有着较大的差别，合金中各元素的占比差异较大以及元素自身的理化特性等问题，难以采用传统合金的制备方法。在制备超高强轻质Al-Ti-V中熵合金时，由于采用高纯单质金属熔炼制造，使得由于各元素密度、熔点的较大差别导致合金铸锭产生元素偏析、存在较多复杂相等均质问题，同时熔炼温度过高以及真空环境较差等问题还会引起合金纯度下降，而合金铸坯的纯净度和均匀性会进一步影响后期加工产品的合格率以及组织均匀性。
随着新一代航天航空、高铁船舶等高端装备发展，其工作环境变得更加恶劣（高震动、强冲击），这对制造关键部件用材料的综合力学性能即强韧性、耐疲劳性能等提出了更高要求，而材料纯净度和均质性恰恰是影响材料综合力学性能的关键因素，因此超高强轻质Al-Ti-V中熵合金的高纯高均质制备方法是其获得广泛应用的重要一步。
发明内容
针对上述技术背景，本发明所要解决的技术问题是提供一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法，工艺路线如下：真空感应熔炼、真空自耗重熔、等温锻造开坯+热轧、热挤压+热处理；
所述真空感应熔炼工序中采用原材料为Al、Ti、V三种元素的高纯单质金属，纯度均要求在99.99%以上；
所述等温锻造开坯+热轧工序中，温度在800~1200℃，变形量在30~80%；
所述热挤压工序中，温度在800~1200℃，变形量在30~80%；
所述热处理工序中，温度在150~700℃。
采用上述技术方案的有益效果：
本发明采用“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双联冶炼工艺制备合金铸锭，能有效提高原材料纯净度和化学成分均匀稳定性：①真空感应熔炼有利于精确控制合金成分，尤其是控制活泼元素Ti、Al，在熔炼过程中还可通过电磁搅拌等方式均匀化合金元素，改善成分偏析问题；②真空自耗重熔可以进一步去除材料中的有害气体H、O、N并控制合金的化学成分；然后将合金铸锭进行等温锻造开坯+热轧/热挤压+热处理，制备出的超高强轻质Al-Ti-V中熵合金组织力学性能均匀，材料纯净度高，在加工过程中不易产生开裂等问题。
附图说明
图1为本发明实施热轧制30%制备超高强轻质Al-Ti-V中熵合金试样放大500倍金相照片。
图2为本发明实施热压缩50%制备超高强轻质Al-Ti-V中熵合金试样放大500倍金相照片。
图3为本发明实施制备超高强轻质Al-Ti-V中熵合金铸态以及锻造、热轧后不同温度温度热处理后XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金制备方法，工艺路线包括真空感应熔炼、真空自耗重熔、锻造、热轧、退火热处理，具体如下：
1、采用30Kg真空感应炉熔炼浇注Al-Ti-V中熵合金电极棒；
2、采用真空自耗炉将电极棒熔炼为自耗锭；
3、将铸态自耗锭加热到1000℃温度下进行30%变形量、两镦两拔的等温锻造开坯，然后在900℃温度下进行50%变形量热轧，完成装入箱式电阻率升温至700℃保温4h后随炉冷却；
4、取样检测合金硬度和金相组织。
经测试，通过上述方法制备Al-Ti-V中熵合金，轧棒不同位置的维氏硬度均在488~495HV，晶粒度和微观组织基本相同，组织均匀性优异，加工过程无开裂等问题。
实施例二：
一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金制备方法，工艺路线包括真空感应熔炼、真空自耗重熔、锻造、热轧、退火热处理，具体如下：
1、采用30Kg真空感应炉熔炼浇注Al-Ti-V中熵合金电极棒；
2、采用真空自耗炉将电极棒熔炼为自耗锭；
3、将铸态自耗锭加热到1100℃温度下进行50%变形量、两镦两拔的等温锻造开坯，然后在800℃温度下进行70%变形量热轧，完成装入箱式电阻率升温至500℃保温4h后随炉冷却；
4、取样检测合金硬度和XRD物相分析。
经测试，通过上述方法制备Al-Ti-V中熵合金，轧棒不同位置的维氏硬度均在536~540HV；物相结构简单，主要为HCP结构物相，也有少量的BCC结构；加工过程无开裂等问题。

Claims (1)

1.一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金高纯高均质的制备方法，其特征在于：该方法工艺路线如下：真空感应熔炼、真空自耗重熔、等温锻造开坯+热轧、热挤压+热处理；
所述真空感应熔炼工序中采用原材料为Al、Ti、V三种元素的高纯单质金属，纯度均要求在99.99%以上；
所述等温锻造开坯+热轧工序中，温度在800~1200℃，变形量在30~80%；
所述热挤压工序中，温度在800~1200℃，变形量在30~80%；
所述热处理工序中，温度在150~700℃。
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