[发明专利]一种高强度高韧CrCoNi中熵合金均质细晶薄板的制备方法

说明书

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种高强度高韧CrCoNi中熵合金均质细晶薄板的制备方法；包括真空熔炼、合金铸锭退火、锻造开坯拔长、高温往返轧制成型5个步骤；所述锻造开坯拔长为：将退火后的合金铸锭经镦粗、拔长锻造处理，制得板坯；墩粗速率为50‑200mm/s，拔长锻造比2‑10。本发明提供的方法在退火后进行锻造开坯拔长处理，通过短时间内的大塑性变形，可完全破碎铸态组织中的大量树枝晶，获得细小且均匀的晶粒组织并减少气孔、疏松等冶金缺陷；并采用高温往返轧制的工艺方法，细化晶粒大小和组织结构，提高了材料的强度和塑韧性，明显减少了CrCoNi中熵合金各向异性问题。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种高强度高韧CrCoNi中熵合金均质细晶薄板的制备方法。

背景技术

与传统金属相比，中、高熵合金在热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的晶格畸变以及性能上的“鸡尾酒”效应，组织上的高稳定性，使得生成相数目远小于由吉布斯自由能相律确定的最大数目，高的混合熵使得各主元间的相容性大大提高，可以最大程度的避免因相分离而生成的金属间化合物，而是形成FCC、BCC等相结构简单的单相固溶体。

FCC结构的中、高熵合金具有高的塑性，但是其强度较低；BCC结构的高熵合金具有很高的强度，但塑性很差。因此，在制备高强、高韧、耐腐蚀CrCoNi中熵合金时，由于采用高纯单质金属熔炼制造，使得因各元素密度、熔点的较大差别导致合金铸锭产生元素偏析等问题，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。因此铸造后的CrCoNi中熵合金在高强度、高韧性性能等方面不能满足新一代航空航天、高铁船舶、武器装备等方面的要求，在很大程度上限制了CrCoNi中熵合金的推广与应用。

目前也有不少关于中、高熵合金在强度、韧性等方面的改进研究。

申请号为CN201910885613.0的专利公开了一种高强高塑耐磨高熵合金的制备方法，将所述合金熔液依次进行浇铸、均匀化、热轧和退火处理，得到高强高塑耐磨高熵合金；熔化的温度为1700～1900℃，时间为20～25min；浇铸的温度为1700～1750℃，时间为90～150s；均匀化的温度为1000～1200℃，时间为10～20h；所述热轧的温度为950～1150℃；所述热轧的总变形量为60～80％。高强高塑耐磨高熵合金，以摩尔百分比计，包括组分：Fe54.0～56.0％，Co 9.0～11.0％，Ni 9.0～11.0％，Cr 9.0～11.0％，Mo 4.0～6.0％，V 4.0～6.0％和C 4.0～6.0％。该专利技术是用于合金组元过多的高熵合金，合金组元过多会导致在组织中形成金属间化合物等多种复杂的微结构，使得材料难以分析和加工。

申请号为CN201910232105.2的专利公开了一种抗拉强度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，得到具有高强度、高塑性的中熵合金。该专利采用的低温轧制方法的方法虽然也提高了材料的强度和韧性，但是存在加工工艺复杂的问题，限制了在工程领域的推广。