CN112547798B - 一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于异构高熵合金制备领域，具体涉及一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法。所述高熵合金的组成为以质量百分比计：0.1～0.3％C，7～15％Co，7～15％Cr，25～30％Mn，0.2～0.4％N，剩余为铁；将两块相同尺寸的高熵合金板材叠放固定之后在850±20℃下预热之后进行应变量为50％～60％的轧制，将轧制后的板材从中间剪断之后，重复叠放、固定、预热和叠轧，如此重复5～6次，得到包含数十层界面的超细晶高熵合金板材，然后在600～700℃下退火60～90min。本发明采用累积叠轧+退火热处理，在轧制过程中细化晶粒，通过后续退火处理，使得部分晶粒长大，调控出软相和硬相相结合的异构结构，从而获得性能优异的高强高韧异构高熵合金。

Description

一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法
技术领域
本发明属于异构高熵合金制备领域，具体涉及一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法。
背景技术
随着人类社会的进步和科学技术的不断发展，各种机械产品和工程设备的工作条件越来越恶劣，逐渐趋向高温、高压等环境发展，传统的合金已经不能满足社会发展的需求，因此，提出了一种新的合设计理念，高熵合金。高熵合金自2004年提出以来，便受到了国内外学者的广泛关注，为合金的设计打开了一扇新的大门。高熵合金可以定义为由五种元素组成，每种元素的含量在5％—35％，或者从熵的概念进行定义，组态熵>1.5R(R(gasconstant)＝8.314J/K)的合金称为高熵合金。目前的研究表明高熵合金具有良好的拉伸性能，断裂韧性，耐磨性以及抗辐照性能，与传统合金一样，高熵合金塑性强度也是一对矛盾的存在，如何同时提高高熵合金的强度和塑性，具有重要的意义。
异构金属材料是相对于传统均质金属材料提出来的，主要表现为材料在空间结构以及成分组织上呈现出来的不均匀性，因其特有的结构特征而具有优异的力学性能，而其中的层状异构组织受到了人们越来越多的关注。众所周知，金属材料的强度和拉伸塑性往往不可兼得，而通过大变形和退火热处理，可以得到在硬相基体中层状分布的软相组织，获得具有高强高韧的层状异构金属材料。
通过检索发现，中国发明专利CN110629059A介绍了一种异构高熵合金制备方法，其原理是将单相的CoCrFeNiMn和双相的Al0.3CoCrFeNi通过制屑、混屑和预压实、塑性变形处理、退火处理四步工序制备出具有高强高韧的组织异构高熵合金，但是该方法制备工艺繁琐，制屑、混屑等都需在无氧环境下进行，制备条件要求苛刻，难以用于大规模板材的制备以及工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法，所述高熵合金的组成为以质量百分比计：0.1～0.3％C，7～15％Co，7～15％Cr，25～30％Mn，0.2～0.4％N，剩余为铁；将两块相同尺寸的高熵合金板材叠放固定之后在850±20℃下预热之后进行应变量为50％～60％的轧制，将轧制后的板材从中间剪断之后，重复叠放、固定、预热和叠轧，如此重复5～6次，得到包含数十层界面的超细晶高熵合金板材，然后在600～700℃下退火60～90min。
进一步的，所述方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：原始板材制备：将待累积叠轧的高熵合金裁剪成尺寸相等的、厚度为0.5～2.5mm板材；
步骤(2)：板材的表面处理：将待加工的两块板材表面进行清洗，随后进行打磨、酸洗、酒精丙酮清洗脱脂；
步骤(3)：板材的组装：将待叠轧的两块高熵合金板材在四角钻孔，并用细钢丝固定；
步骤(4)：叠轧：将步骤(3)中组装好的高熵合金板材先在850±20℃下预热10～15min，随后进行单道次的轧制变形，应变量为50％～60％；随后将叠轧后的板材从中间剪断、重复步骤(3)的操作，再在850±20℃下预热10～15min后叠轧，如此重复5～6次，得到包含数十层界面的超细晶高熵合金板材；
步骤(5)：后续热处理：将步骤(4)叠轧最终得到的高熵合金板材进行退火处理，退火温度600～700℃，退火时间为60～90min，然后空冷至室温，即得到高强高韧的层状异构高熵合金
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明采用累积叠轧+退火热处理，在轧制过程中细化晶粒，通过后续退火处理，使得部分晶粒长大，调控出软相和硬相相结合的异构结构，从而获得性能优异的高强高韧异构高熵合金。
(2)本发明所用的高熵合金含有C、N间隙原子，可进一步提高金属材料强度。
(3)本发明设计的生产工艺简单，且对设备要求不高，易于操作，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明的累积叠轧方法流程示意图。
图2为本发明的实施例1-3的拉伸曲线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法，所述高熵合金的组成如表1所示。
表1Massenanteil in％(per cent by weight)
C Co Cr Fe Mn N
0.1～0.3 7～15 7～15 Bal. 25～30 0.2～0.4
所述方法包括如下步骤，
(1)原材料：切取铸态高熵合金板材，长350mm、宽取80mm、厚度取2mm。
(2)板材的表面处理：对步骤(1)得到的板材表面进行清洗，随后用钢丝轮刷以300r/min的速度沿长度方向反复打磨，直至板材表面均匀为止，随后进行去锈处理，最后用酒精清洗去脂；
(3)板材的组装：将待叠轧的两块高熵合金板材在四角转孔，并用细钢丝固定；
(4)叠轧：将步骤(3)中组装好的铜合金板材先在850℃下预热10min，随后进行单道次的轧制变形，压下率为65％；随后将叠轧后的板材从中间剪断，重复步骤(3)的操作，再进行高温下预热10min后叠轧，如此重复5次，得到包含64层界面的、厚度为0.6mm左右的合金板材；
(5)后续热处理：将步骤(4)叠轧最终得到的高熵合金板材进行退火处理，在650℃退火60min，然后空冷至室温，即得到高强高韧的层状异构高熵合金。
实施例2
一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法，所述高熵合金的成分与实施例1的高熵合金的成分相同，包括如下步骤：
(1)原材料：切取铸态高熵合金板材，长350mm、宽取80mm、厚度取2mm。
(2)板材的表面处理：对步骤(1)得到的板材表面进行清洗，随后用钢丝轮刷以300r/min的速度沿长度方向反复打磨，直至板材表面均匀为止，随后进行去锈处理，最后用酒精清洗去脂；
(3)板材的组装：将待叠轧的两块高熵合金板材在四角钻孔，并用细钢丝固定；
(4)叠轧：将步骤(3)中组装好的铜合金板材先在850℃下预热10min，随后进行单道次的轧制变形，压下率为65％；随后将叠轧后的板材从中间剪断，重复步骤(2)、步骤(3)的操作，再进行高温下预热10min后叠轧，如此重复5次，得到包含64层界面的、厚度为0.6mm左右的合金板材；
(5)后续热处理：将步骤(4)叠轧最终得到的高熵合金板材进行退火处理，在700℃退火60min，然后空冷至室温，即得到高强高韧的层状异构高熵合金。
实施例3
一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法，所述高熵合金的成分与实施例1的高熵合金的成分相同，包括如下步骤：
(1)原材料：切取铸态高熵合金板材，长350mm、宽取80mm、厚度取2mm。
(2)板材的表面处理：对步骤(1)得到的板材表面进行清洗，随后用钢丝轮刷以300r/min的速度沿长度方向反复打磨，直至板材表面均匀为止，随后进行去锈处理，最后用酒精清洗去脂；
(3)板材的组装：将待叠轧的两块高熵合金板材在四角转孔，并用细钢丝固定；
(4)叠轧：将步骤(3)中组装好的铜合金板材先在850℃下预热10min，随后进行单道次的轧制变形，压下率为65％；随后将叠轧后的板材从中间剪断，重复步骤(2)、步骤(3)的操作，再进行高温下预热10min后叠轧，如此重复5次，得到包含64层界面的、厚度为0.6mm左右的合金板材。实施例1-3的合金板材的拉伸力学性能如图2所示。

Claims (2)

1.一种通过累积叠轧制备高强异构高熵合金的方法，其特征在于，所述高熵合金的组成为以质量百分比计：0.1～0.3％C，7～15％Co，7～15％Cr，25～30％Mn，0.2～0.4％N，剩余为铁；将两块相同尺寸的高熵合金板材叠放固定之后在850±20℃下预热之后进行应变量为50％～60％的轧制，将轧制后的板材从中间剪断之后，重复叠放、固定、预热和叠轧，如此重复5～6次，得到包含数十层界面的超细晶高熵合金板材，然后在600～700℃下退火60～90min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：原始板材制备：将待累积叠轧的高熵合金裁剪成尺寸相等的、厚度为0.5～2.5mm板材；
步骤(2)：板材的表面处理：将待加工的两块板材表面进行清洗，随后进行打磨、酸洗、酒精丙酮清洗脱脂；
步骤(3)：板材的组装：将待叠轧的两块高熵合金板材在四角钻孔，并用细钢丝固定；
步骤(4)：叠轧：将步骤(3)中组装好的高熵合金板材先在850±20℃下预热10～15min，随后进行单道次的轧制变形，应变量为50％～60％；随后将叠轧后的板材从中间剪断、重复步骤(3)的操作，再在850±20℃下预热10～15min后叠轧，如此重复5～6次，得到包含数十层界面的超细晶高熵合金板材；
步骤(5)：后续热处理：将步骤(4)叠轧最终得到的高熵合金板材进行退火处理，退火温度600～700℃，退火时间为60～90min，然后空冷至室温，即得到高强高韧的层状异构高熵合金。
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