[发明专利]一种超高强度高熵合金的时效有序硬化方法

说明书

本发明提供一种超高强度高熵合金的时效有序硬化方法，包括；采用Cr、Co、Ni、V按预定质量百分数制作高熵合金材料，然后通过热锻工艺对其加工并进行固溶处理；再对其进行不同方向的高温热轧锻造和低温轧制锻造，然后对其表面进行机械磨削加工和去污处理使其厚度降低至加工板厚；对处理后的高熵合金材料进行时效有序化处理和冷却处理，最终得到含有体积分数为40％～45％、平均晶粒尺寸小于200nm有序结构的高熵合金材料。本发明首先使高熵合金材料的晶粒尺寸变得小，再通过低温轧制处理使其引入大量层错，并由随后的带温高压热处理使高熵合金材料中引入高密度的有序结构，最终得到具有在变形态结构基础上引入大量有序结构的高熵合金金属材料。

技术领域

本发明涉及金属处理领域，特别是涉及一种制作室温拉伸屈服强度达2.0～2.6GPa级别的(CrCoNi)_xV_100-x高熵合金的化学成分及有序硬化2.6GPa级高熵合金及其时效的有序化方法。

背景技术

高熵合金多主元成分设计，具有极高的自由度，为高性能金属材料的发展开辟了新的契机。自高熵合金概念被提出以来，相关研究已取得了引人瞩目的进展。特别是面心立方结构(FCC)高熵合金，引起了全世界材料科学家的极大地研究兴趣。单相FCC的高熵合金表现出优异的断裂韧性K_1C、屈服强度(σ_0.2)和均匀拉伸塑性(ε_u)的优异综合匹配，强韧化匹配随温度的降低而提升。然而，单相FCC高熵合金的一个显见的弱点是室温下较低的σ_0.2，一般小于400MPa。室温强度低业已成为限制高熵合金实现结构应用的主要瓶颈之一。

迄今已报道了多种对FCC高熵合金的强化途径，旨在提高其室温屈服强度。首先，最近报道了单相FCC的VCoNi高熵合金，通过加入V，在当下研究中最大限度地提升位错点阵摩擦力，使其室温σ_0.2达到了近1GPa。这是置换型固溶强化在高熵合金显著提升其σ_0.2的一个典型例子。其次，利用纳米析出强化，将高密度纳米尺度的富Ti、富Al金属间化合物弥散分布在FCC相的FeNiCo或CrCoNi基体中，将σ_0.2显著提升到1–1.8GPa，这是提高强度另一个典型范例。第三，利用FCC基的亚稳双相组织发生FCC→密排六方结构(HCP)相变，使得强度和塑性同时提高，但遗憾的是，这个合金体系的σ_0.2仍然较低。第四，利用C、N间隙原子实现间隙固溶强化，跟传统的间隙原子强化不锈钢非常类似，间隙原子强化的中/高熵合金，表现出σ_0.2的显著提高，例如N固溶量～0.1％(质量分数,下同)时一般可提高150～200MPa，但FCC高熵合金中N的饱和固溶量约为0.25％，所以高氮强化效果有限。第五，利用剧烈塑性变形等方式实现的细晶强化，经此处理后可以获得的σ_0.2也很难突破1.8–2.0GPa。

可以看出，目前存在不少可提高HEAs之σ_0.2的有效途径，但瓶颈在于强度难以突破2.0GPa。值得注意，目前香港大学利用引入超高位错密度研发出屈服强度大于2.2GPa的层状双相钢；北京科技大学将高密度Ni(Al,Fe)纳米颗粒引入马氏体时效钢，得到纳米颗粒强化的2.2GPa超高强度钢。可见，综合已有的提高FCC高熵合金强化方法，结合其它新型钢铁材料的先进强化理念，实现协同强化机理，将有望设计出新型超高强度FCC高熵合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作室温拉伸屈服强度达2.0～2.6GPa级别的(CrCoNi)_xV_100-x高熵合金的化学成分及有序硬化2.6GPa级高熵合金及其时效的有序化方法。

具体地，本发明提供一种超高强度高熵合金的时效有序硬化方法，包括如下步骤；

步骤100，采用Cr、Co、Ni、V按预定质量百分数制作高熵合金材料，然后通过热锻工艺将其加工至初始板厚，再对高熵合金材料在预定温度范围内进行预定退火时间的固溶处理；