CN114147081B - 一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法 - Google Patents

一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法，该方法首先利用三向压应力作用下的热等静压技术最大程度地闭合铸锭内部缺陷，再通过均匀化热处理消除枝晶偏析和回溶有害脆性相，减少铸锭开裂倾向和改善合金组织成分上的不均匀性，为铸锭制坯做好组织成分上的预处理；利用三向压应力状态的热挤压技术，能有效抑制裂纹萌生和扩展，提高合金铸锭的塑性，并通过第一道次较高温度和小挤压比和第二道次较低温度和大挤压比下热挤压技术的匹配，以及减少铸锭转移及挤压变形时温降的包套技术，使铸锭坯料获得最大的塑性变形量和适宜的温度场，有效破碎铸态粗晶，充分细化晶粒，最终制备出外观完整、组织均匀细小的难熔高熵合金棒材，有效提高难熔高熵合金的综合力学性能。

Description

一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法
技术领域
本发明是一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法，属于热加工技术领域。
背景技术
高熵合金是一种颠覆性的新型合金体系，由5种或5种以上主要元素组成，各主元以等原子比或近等原子比混合。与传统合金相比，其高熵效应会抑制金属间化合物或其他复杂有序相的出现，倾向于形成稳定的简单固溶体相；晶格畸变效应和迟滞扩散效应会使其具有传统合金无法比拟的优异性能，如高的高温强度、高韧性、优异的热稳定性、抗高温氧化、高耐腐蚀性及抗高温软化性能等。因此，高熵合金在很多领域都具有广阔的应用前景。
难熔高熵合金由Nb、Mo、Ta、W、Hf、Ti、Zr等组成，具有极高的熔点及优异的高温性能，在高温领域应用具有很大的优势，是新型耐高温难熔结构材料研究领域的热点之一。难熔高熵合金属于高熔点(一般大于1800℃)的合金体系，普遍采用熔炼法制备，熔炼后合金铸锭容易出现内部缺陷(如疏松)，并且铸态组织晶粒较为粗大不均匀。为了满足高温部件所需的均匀细小晶粒组织要求，目前开展了快锻机直接开坯破碎铸态粗晶组织的研究，但该工艺制坯时难熔高熵合金铸锭很容易出现开裂现象，而且锻后晶粒组织极为不均匀。这首先是由于铸态高熵合金晶粒粗大导致变形协调性差，在自由锻压应力和拉应力并存的应力状态下，很难闭合合金铸锭内部缺陷和抑制裂纹的萌生与扩展，导致合金很容易出现开裂现象；再者，难熔高熵合金高的晶格畸变导致其对变形工艺参数极为敏感，而快锻机自由锻制坯工艺稳定性差，如温度场和锻造速度不稳定和不均匀等，使得初始铸态组织不能完全再结晶，造成锻后组织不均匀。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其目的是针对难熔高熵合金铸锭快锻机开坯时容易开裂且变形晶粒组织粗大的问题，制备出外观完整且晶粒均匀细小的棒材。
为实现上述目的是，本发明的技术解决方案如下：
该种种难熔高熵合金铸锭的制坯方法中所述难熔高熵合金包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 6.8%~7.2%，Mo 11.7%~12.5%，Nb 11.4%~21.1%，Ta 22.3%~23.5%，Ti 22.7%~24.1%，Zr 11.6%~25.1%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行清洗，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化15~40min，待合金冷却后将其翻转，得到圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1320℃~1400℃，180~260MPa的热等静压处理，保温3~6h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1240℃～1340℃进行40~60h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1200~1260℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：t包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到400~600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1200~1260℃，挤压速度为40~70mm/s，挤压比为2~3，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1130~1200℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到400~600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1130~1200℃，挤压速度为40~70mm/s，挤压比为5~6，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。
在实施中，所述难熔高熵合金包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 6.9%，Mo11.7%，Nb 11.7%，Ta 23.3%，Ti 23.3%，Zr 23.1%。
在实施中，步骤二中的熔炼铸锭过程重复3~6次。
在实施中，步骤二中的磁悬浮熔炼炉内的真空度为10-4~10-2Pa，气氛为高纯氩气。进一步，步骤二中的磁悬浮熔炼电流参数为350~900A。
在实施中，所述不锈钢包套采用304不锈钢棒制成。进一步，所述不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。
在实施中，步骤一中所述中使用无水乙醇和超声波清洗原料。
本发明技术方案是采用有效的预处理+塑性加工的制坯方法，既能防止难熔高熵合金制坯开裂，又能细化晶粒，从而有效提高合金塑性变形能力，加速实现难熔高熵合金的工程化应用。对本发明技术方案的进一步说明如下：
首先，本发明主要是针对熔炼后的难熔高熵合金铸锭存在内部缺陷、快锻机制坯时铸锭容易开裂且工艺不稳定以及锻后再结晶组织不均匀等问题，首先对铸锭进行热等静压和均匀化进行预处理，热等静压的目的是通过一定温度、压力和时间下的三向压力作用，最大程度地闭合难熔高熵合金铸锭内部缺陷，防止塑性加工过程中内部缺陷作为裂纹源而导致铸锭开裂；再者，针对快锻机制坯后再结晶组织不均匀的问题，通过一定温度和保温时间下的均匀化处理，消除枝晶偏析和回溶有害脆性相，为制坯后均匀细小组织做好化学成分上的预处理准备；
然后，针对快锻机制坯铸锭容易开裂以及锻后晶粒组织不均匀的问题，采用两道次大变形量的三向压应力状态的热挤压以及减少铸锭转移及挤压变形时温降的包套技术来替代快锻机制坯，能够有效抑制裂纹萌生扩展和破碎铸态粗大树枝晶组织，最大程度闭合铸锭内部缺陷，消除枝晶偏析和回溶有害脆性相，并能有效抑制裂纹萌生扩展和破碎铸态粗大树枝晶组织，最终获得具有均匀细小晶粒组织的难熔高熵合金棒坯，提高难熔高熵合金的综合力学性能。
通过上述内容，对本发明技术方案的特点总结为：
一、利用一定温度、压力和时间下具有三向压应力的热等静压技术，最大程度闭合合金铸锭内部缺陷，为热挤压做好组织上的准备，防止过多过大的内部缺陷作为裂纹源而导致铸锭挤压开裂；
二、利用一定温度和保温时间的均匀化处理，消除枝晶偏析和回溶有害脆性相，获得组织成分较为均匀的均匀化态铸锭，为热挤压后均匀细小组织做好成分上的准备；
三、将热等静压和均匀化处理后的难熔高熵合金铸锭加热到进行热挤压变形，利用热挤压的三向压应力状态抑制裂纹萌生和扩展，提高铸锭的塑性；并通过第一道次较高温度和较小挤压比以及第二道次较低温度和较大挤压比下热挤压技术的匹配，使铸锭获得最大的塑性变形量，有效破碎铸态粗晶，充分细化晶粒，获得均匀细小的棒材组织。
四、采用不锈钢包套带石棉的铸锭坯料的包套技术，可有效减少坯料转移带来的温降，再利用热挤压时高变形速率所带来的“温升效应”使难熔高熵合金坯料处于适宜的温度场中，有利于制备出外观完整、组织均匀细小的难熔高熵合金棒材。
通过上述内容，对本发明技术方案的技术效果总结为：
一、在塑性加工前，对难熔高熵合金铸锭进行热等静压和均匀化的预处理，能够最大程度闭合合金铸锭内部缺陷，并消除枝晶偏析和回溶有害脆性相，有利于减少铸锭开裂和改善合金组织成分上的不均匀；
二、与现有快锻机自由锻制坯方法相比，本发明所涉及的热挤压变形是处于的三向压应力状态的塑性变形，可有效抑制裂纹的萌生与扩展，极大程度地提高难熔高熵合金的塑性，制备出外观完整的难熔高熵合金棒材；
三、利用第一道次较高温度和较小挤压比以及第二道次较低温度和较大挤压比下热挤压技术的匹配，使铸锭获得最大程度的塑性变形量，充分细化晶粒，制备出的难熔高熵合金坯料的晶粒组织细小且均匀化程度高。
附图说明
图1～4分别为本发明实施例1～4得到的难熔高熵合金棒材的微观组织图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详述：
实施例1
本实施例中的难熔高熵合金的金属元素及摩尔比表达式为Al0.3Mo0.53Nb0.5TaTiZr，其包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 6.9%，Mo 12.2%，Nb11.6%%，Ta 23.1%，Ti 23.1%，Zr 23.1%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行使用无水乙醇和超声波清洗原料，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化35min，磁悬浮熔炼炉内的真空度为10-2Pa，气氛为高纯氩气，电流为450A，待合金冷却后将其翻转，熔炼铸锭过程重复4次，得到Ф100×300mm的圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1380℃，210MPa的热等静压处理，保温4.5h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1260℃进行54h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，其中包套筒体的外径为Ф132mm，壁厚为15mm，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1230℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：t包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到500℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1230℃，挤压速度为50mm/s，挤压比为2.5，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1190℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1190℃，挤压速度为60mm/s，挤压比为5，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。同时经微观组织高倍检验，可以看出难熔高熵合金棒材组织均匀细小，平均晶粒度10～20μm，如图1所示。
上述过程中，不锈钢包套采用304不锈钢棒制成，该不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。
实施例2
本实施例中的难熔高熵合金的金属元素及摩尔比表达式为Al0.3Mo0.53Nb0.5TaTiZr，其包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 7.1%，Mo 12.1%，Nb20.2%%，Ta 20.2%，Ti 20.2%，Zr 20.2%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行使用无水乙醇和超声波清洗原料，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化30min，磁悬浮熔炼炉内的真空度为10-3Pa，气氛为高纯氩气，电流为520A，待合金冷却后将其翻转，熔炼铸锭过程重复5次，得到Ф110×280mm的圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1400℃，250MPa的热等静压处理，保温5h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1300℃进行46h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，其中包套筒体的外径为Ф144mm，壁厚为16mm，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1220℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：t包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到550℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1220℃，挤压速度为55mm/s，挤压比为3，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1170℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到450℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1170℃，挤压速度为65mm/s，挤压比为6，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。同时经微观组织高倍检验，可以看出难熔高熵合金棒材组织均匀细小，平均晶粒度10～15μm，如图2所示。
上述过程中，不锈钢包套采用304不锈钢棒制成，该不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。
实施例3
本实施例中的难熔高熵合金的金属元素及摩尔比表达式为Al0.3Mo0.53Nb0.5TaTiZr，其包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 7.0%，Mo 12.0%，Nb14.4%%，Ta 22.4%，Ti 20.6%，Zr 21.6%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行使用无水乙醇和超声波清洗原料，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化20min，磁悬浮熔炼炉内的真空度为10-4Pa，气氛为高纯氩气，电流为780A，待合金冷却后将其翻转，熔炼铸锭过程重复4次，得到Ф106×290mm的圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1360℃，220MPa的热等静压处理，保温5h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1320℃进行45h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，其中包套筒体的外径为Ф138mm，壁厚为15mm，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1240℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：t包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到580℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1240℃，挤压速度为60mm/s，挤压比为3，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1180℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到500℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1180℃，挤压速度为45mm/s，挤压比为5，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。同时经微观组织高倍检验，可以看出难熔高熵合金棒材组织均匀细小，平均晶粒度8～18μm，如图3所示。
上述过程中，不锈钢包套采用304不锈钢棒制成，该不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。
实施例4
本实施例中的难熔高熵合金的金属元素及摩尔比表达式为Al0.3Mo0.53Nb0.5TaTiZr，其包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 7.1%，Mo 11.7%，Nb11.7%%，Ta 23.5%，Ti 23.5%，Zr 22.5%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行使用无水乙醇和超声波清洗原料，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化17min，磁悬浮熔炼炉内的真空度为8×10-3Pa，气氛为高纯氩气，电流为850A，待合金冷却后将其翻转，熔炼铸锭过程重复6次，得到Ф108×285mm的圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1340℃，260MPa的热等静压处理，保温5h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1280℃进行50h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，其中包套筒体的外径为Ф140mm，壁厚为16mm，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1260℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：t包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1260℃，挤压速度为65mm/s，挤压比为2，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1150℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到550℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1150℃，挤压速度为70mm/s，挤压比为6，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。同时经微观组织高倍检验，可以看出难熔高熵合金棒材组织均匀细小，平均晶粒度5～15μm，如图4所示。
上述过程中，不锈钢包套采用304不锈钢棒制成，该不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。

Claims (7)

1.一种难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：所述难熔高熵合金包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 6.8%~7.2%，Mo 11.7%~12.5%，Nb 11.4%~21.1%，Ta 22.3%~23.5%，Ti22.7%~24.1%，Zr 11.6%~25.1%，该制坯方法的步骤如下：
步骤一、称取原料
选择冶金原料Al、Mo、Nb、Ta、Ti和Zr，用机械方法去除原料表面的氧化皮，露出光亮的金属表面并进行清洗，取出烘干后按配比称取备用；
步骤二、熔炼铸锭
将称取好的原料放入磁悬浮熔炼炉中，磁悬浮熔炼净化15~40min，待合金冷却后将其翻转，得到圆柱形铸锭；
步骤三、铸锭预处理
3.1 对铸锭进行1320℃~1400℃，180~260MPa的热等静压处理，保温3~6h后随炉冷却出炉；
3.2 将热等静压后的铸锭置于电阻加热炉中，加热到1240℃～1340℃进行40~60h的均匀化保温处理，保温结束后空冷至室温；
3.3 车光铸锭表面氧化皮后，加工成圆柱段坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第一次挤压用包套锭，然后在第一次挤压用包套锭表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤四、第一道次热挤压
4.1 将第一次挤压用包套锭放入电阻加热炉中加热，在1200~1260℃范围内保温，保温时间按公式(1)计算：
T包套锭=D包套锭×2.2min/mm 式1
式1中：T包套锭为第一次挤压用包套锭保温时间，D包套锭为第一次挤压用包套锭直径；
4.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到400~600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
4.3 将第一次挤压用包套锭从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
4.4 对第一次挤压用包套锭进行热挤压操作，挤压温度为1200~1260℃，挤压速度为40~70mm/s，挤压比为2~3，挤压后将第一次挤压棒材自然冷却至室温；
4.5 机加工去除第一次挤压棒材的外包套，然后进一步车光棒材表面的氧化皮，加工成圆柱段棒材坯料，经石棉包裹后装入不锈钢包套内，再经焊合后得到第二次挤压用包套棒坯，然后在第二次挤压用包套棒坯表面涂敷玻璃润滑剂，自然晾干备用；
步骤五、第二道次热挤压
5.1 将第二次挤压用包套棒坯放入电阻加热炉中加热，在1130~1200℃范围内保温，保温时间按公式(2)计算：
t包套棒坯=D包套棒坯×2.2min/mm 式2
式2中：t包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯保温时间，D包套棒坯为第二次挤压用包套棒坯直径；
5.2 将挤压模具放入电阻加热炉中加热到400~600℃，保温时间不小于5小时，将挤压模具取出，迅速在挤压模具内表面涂抹石墨润滑剂，涂抹时间不超过10s；
5.3 将第二次挤压用包套棒坯从加热炉取出，快速放入挤压模具型腔内，转移时间应控制在1min之内，把挤压垫片放入挤压模具中；
5.4 对第二次挤压用包套棒坯进行热挤压操作，挤压温度为1130~1200℃，挤压速度为40~70mm/s，挤压比为5~6，挤压后将第二次挤压棒材自然冷却至室温；
5.5 机加工去除第二次挤压棒材的外包套，得到难熔高熵合金的棒材坯料。
2.根据权利要求1所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：所述难熔高熵合金包括的金属元素及摩尔百分比为：Al 6.9%，Mo 11.7%，Nb 11.7%，Ta 23.3%，Ti 23.3%，Zr23.1%。
3.根据权利要求1所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：步骤二中的熔炼铸锭过程重复3~6次。
4.根据权利要求1所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：步骤二中的磁悬浮熔炼炉内的真空度为10-4~10-2Pa，气氛为高纯氩气。
5.根据权利要求1或2所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：步骤二中的磁悬浮熔炼电流参数为350~900A。
6.根据权利要求1所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：所述不锈钢包套采用304不锈钢棒制成。
7.根据权利要求1或6所述的难熔高熵合金铸锭的制坯方法，其特征在于：所述不锈钢包套的一端为平面底，另一端与带石棉保温层的难熔高熵合金坯料端部配合，中间筒体由壁厚15±1mm的不锈钢板焊合而成，当带石棉保温层的合金坯料装入包套后，不锈钢包套两个端面和中间筒体经焊合后得到包套锭。
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