CN115044817A - 一种具高强高韧双相中熵合金的制备工艺 - Google Patents

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张家璇
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Abstract

本发明公开了一种调控fcc和k两相的中熵合金的制备工艺，通过对传统的铸态CoNiV中熵合金在不同温度下热处理、轧制以及冷却，即可实现组织的改变，是初始fcc相转变为fcc+k两相，且相位于晶粒内部，与fcc基体完全共格，有利于提高CoNiV中熵合金的强度。本发明的处理工艺参数仅有：加热温度、保温时间、冷却和轧制变形量4项。本方法简单，影响因素小，可将工艺参数与所获得的组织形貌和性能进行线性连接，从而更有利于找到工艺参数、k相组织和性能之间的直接关系。

Description

一种具高强高韧双相中熵合金的制备工艺
技术领域
在本发明涉及中熵合金技术领域，具体为一种新型高强高韧中熵合金的制备方法。
背景技术
材料技术是文明和社会发展的重要物质保障,体现在国防、军工、制造业、航天航空、船舶、生物、医疗等方方面面。自青铜器时代以来，人们一般通过添加合金元素来实现材料性能的提高。一些传统的合金比如钢，就是在铁中加入碳和铬元素，分别增加了它的强度和耐腐蚀性；再比如铝合金，以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，既具有低密度又具有较高的强度。除了少数例外，在原始元素中加入相对少量的次级元素的基本合金化策略几千年来一直没有改变。这主要反映在合金以其主要成分命名的方式上:铁合金、铝合金、钛合金、镍合金等等。这些合金与一些传统的陶瓷和聚合物相比，大多数合金在强度和韧性方面具有明显的优势，也就导致它们在我们日常生活、交通和建筑以及其他方面的有效应用。然而，由于元素周期表中的元素是有限的，这种基本的合金化策略也就大大限制了可能的元素组合的总数，因此，此类合金中的大多数已经被开发和研究清楚。随着科学技术的发展，传统的合金已经无法满足各个领域对新合金材料迫切需求，新合金的逐步发展是必不可少的。当然，要想探索出更多有用的合金应用在普通和特殊应用，就需要一个新的方法。而新方法就是在相图的中间区域铸造出新的合金，也就是高熵合金，并且通过调控高熵合金的相的含量以及分布从而使它具有较为优异的强塑性，从而得以应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具高强高韧双相中熵合金的制备工艺，解决高性能的中熵合金材料的制备，满足中熵合金在机械、能源、电子、电源和化工领域的需求问题。
为了实现以上目的，本发明的技术方案如下。
(1)将制备的CoNiV((1-x)wt.％(CoNi),x wt.％V、15％≤x≤50％)混合粉，通过真空电弧熔炼制备CoNiV合金铸锭。
(2)将制备的CoNiV合金铸锭随坩埚放入，在气氛保护炉以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至1100℃。
(3)待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时。
(4)保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却。
(5)取出冷却后的CoNiV合金，然后在室温下使用轧机进行冷轧，轧制变形量为80％以上。
(6)将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至800℃。
(7)待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时以上。
(8)保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却，使试样从原始的fcc单相变成fcc+k两相。
本发明的设计思想是：本发明方法从机械、能源、电子、电源和化工的实际需求出发，通过控制合金铸锭熔炼、轧制的温度、变形量以及后续的热处理来达到满足中熵合金箔材加工过程中对流变应力和应变的要求，制备出高性能的中熵合金，满足市场的实际需求。
本发明的优点及有益效果在于：(1)本发明是一种高强高韧双相中熵合金制备方法，可以解决目前没有高强高韧双相中熵合金制备工艺的问题。(2)本发明是一种高强高韧双相中熵合金制备方法，利用合金高温区为双相的特性，来降低加工过程中的流变应力，提升加工塑性。
附图说明
图1为本发明的整体工艺流程示意图。
图2为本发明的高强高韧双相中熵合金的EBSD相分布图，其中黑色区域为k相，其余的区域为fcc相。
图3为本发明的拉伸曲线，黑色为双相中熵合金的应力应变曲线，灰色为单相中熵合金的应力应变曲线。
具体实施方式
在具体实施过程中，按质量百分数计算，钴和镍的比例相同，钒的比例在15％到50％之间；采用高纯度钴镍钒的单质原材料通过真空电弧熔炼制备CoNiV合金铸锭；具体流程如图1所示，将制备的CoNiV合金铸锭随坩埚放入，在气氛保护炉以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至1100℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却；取出冷却后的CoNiV合金，然后在室温下使用轧机进行冷轧，轧制变形量为80％以上；将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至800℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时以上；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却，使试样从原始的fcc单相变成fcc+k两相(图2)；其拉伸强度为1500MPa，断裂应变为24％(图3)。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，高强高韧双相中熵合金制备方法，具体过程及结果如下：
按质量百分数计算，采用高纯度钴镍钒的单质原材料通过真空电弧熔炼制备CoNiV合金铸锭，其中钴的质量比例为30％，镍的质量比例为30％，钒的比例为40％；将制备的CoNiV 合金铸锭随坩埚放入，在气氛保护炉以15摄氏度/分钟的升温速率加热至1100℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却；取出冷却后的CoNiV合金，然后在室温下使用轧机进行冷轧，轧制变形量为90％；将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以15摄氏度/分钟的升温速率加热至800℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1.5小时；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却，使试样从原始的fcc单相变成fcc+k两相。
实施例2
本实施例中，高强高韧双相中熵合金制备方法，具体过程及结果如下：
按质量百分数计算，采用高纯度钴镍钒的单质原材料通过真空电弧熔炼制备CoNiV合金铸锭，其中钴的质量比例为32％，镍的质量比例为32％，钒的比例为34％；将制备的CoNiV 合金铸锭随坩埚放入，在气氛保护炉以15摄氏度/分钟的升温速率加热至1100℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却；取出冷却后的CoNiV合金，然后在室温下使用轧机进行冷轧，轧制变形量为90％；将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以15摄氏度/分钟的升温速率加热至800℃；待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1.5小时；保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却，使试样从原始的fcc单相变成fcc+k两相。

Claims (6)

1.一种具高强高韧双相中熵合金的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将制备的CoNiV((1-x)wt.％(CoNi),x wt.％V、15％≤x≤50％)混合粉，通过真空电弧熔炼制备CoNiV合金铸锭；
(2)将制备的CoNiV合金铸锭随坩埚放入，在气氛保护炉以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至1100℃；
(3)待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时；
(4)保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却；
(5)取出冷却后的CoNiV合金，然后在室温下使用轧机进行冷轧，轧制变形量为80％以上；
(6)将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以5～15摄氏度/分钟的升温速率加热至800℃；
(7)待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时以上；
(8)保温结束后，迅速取出CoNiV合金置入室温的水溶液中冷却，使试样从原始的fcc单相变成fcc+k两相。
2.根据权利要求1所述的高韧双相中熵合金CoNiV的制备方法，其特征在于，按重量百分数计算，钒的比例为质量比在15％和50％之间，15％≤V(wt.％)≤50％。
3.根据权利要求1所述的高韧双相中熵合金CoNiV的制备方法，其特征在于，在气氛保护炉以5～15分钟的升温速率加热至1100℃。
4.根据权利要求1所述的高韧双相中熵合金CoNiV的制备方法，其特征在于，坯料的单方向冷轧的厚度变形量优选为80～100％。
5.根据权利要求1所述的高韧双相中熵合金CoNiV的制备方法，其特征在于，将冷轧后的CoNiV合金随坩埚放入气氛保护炉中以5～15分钟的升温速率加热至800℃。
6.根据权利要求1所述的高韧双相中熵合金CoNiV的制备方法，其特征在于，待炉内温度达到目标温度后开始计时，保温1小时以上。
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