本發(fā)明屬于高熵合金，具體涉及一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法。

背景技術(shù)：

1、等原子百分比alcocrfeni高熵合金硬度高、耐磨性能良好，又具有強(qiáng)度高，密度低、良好的高溫抗氧化能力和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的結(jié)構(gòu)材料。

2、alcocrfeni高熵合金的制備方法主要采用的是熔煉法以及粉末冶金、sps、增材制造等方法。這些制備方法的特點(diǎn)是合金在制備過程基本上是非塑性變形加工。其中，熔煉法制備的高熵合金晶粒尺寸粗大，顯微組織為粗大的枝狀晶，合金元素偏析嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了合金的機(jī)械性能。為了解決這一問題，通過提高熔煉鑄錠的凝固速率，獲得合金顯微組織的細(xì)化，可以有效地減少上述問題的影響，從而提高高熵合金的力學(xué)性能。一般采用減少熔煉鑄錠的尺寸如厚度、直徑以實(shí)現(xiàn)該作用效果。因此，為了獲得高強(qiáng)韌的高熵合金，就要限制熔煉鑄錠的尺寸，減小鑄錠的厚度或直徑，導(dǎo)致只能獲得成薄板、甚至是細(xì)絲的高熵合金，嚴(yán)重限制了高熵合金的應(yīng)用。粉末冶金法以合金粉末為原料，通過燒結(jié)來制備高熵合金，該方法可以有效地克服熔煉法的技術(shù)缺陷：如元素偏析、大晶粒尺寸、粗大的枝晶等問題。但是，粉末冶金法需要在高溫下進(jìn)行長時間保溫，粉末顆粒氧含量增加顯著且粉末顆粒表面容易污染；同時，燒結(jié)氣孔等問題導(dǎo)致合金燒結(jié)致密不高，合金晶粒尺寸較大，從而影響了高熵合金的機(jī)械性能。增材制造是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)，該技術(shù)以高熵合金粉末為原料，是一種能夠使合金粉末凝固獲得高冷卻速率的有效制備方法。增材制造過程中，由于合金粉末顆粒能夠迅速熔化，凝固冷卻速率極高，制備的合金晶粒尺寸大大減小，使得高熵合金的綜合力學(xué)性能顯著提高。但是，該方法制備的等原子百分比alcocrfeni高熵合金的晶粒尺寸仍然在30μm以上；而且由于再凝固過程中熱梯度的存在，合金凝固過程中會產(chǎn)生定向凝固，從而產(chǎn)生具有織構(gòu)的顯微組織，損害了高熵合金的力學(xué)性能。

3、目前，還沒有有效的方法解決上述制備方法帶來的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法。該方法采用高熵合金粉末包套熱擠壓結(jié)合熱鍛造的方法，先通過高溫大變形使合金組織產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，形成均勻細(xì)小晶粒的組織，再經(jīng)高溫?zé)徨懺熘苽涓哽睾辖穑沟酶哽睾辖饛?qiáng)韌性綜合力學(xué)性能得到大幅度提高，同時避免熱加工時的合金粉末氧化問題，解決了現(xiàn)有制備方法易損害高熵合金力學(xué)性能的難題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3、步驟一、將氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末篩分后真空密封在碳鋼包套內(nèi)，形成包套粉末結(jié)構(gòu)；

4、步驟二、將步驟一中的包套粉末結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)熱，然后放入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓，空冷至室溫，得到擠壓棒材；

5、步驟三、將步驟二中得到的擠壓棒材進(jìn)行熱鍛造，得到高強(qiáng)高熵合金；所述高強(qiáng)高熵合金為等原子比高熵合金，具有均勻細(xì)晶組織，且壓縮屈服強(qiáng)度不小于1700mpa,壓縮強(qiáng)度不小于3380mpa，壓縮應(yīng)變不小于32％。

6、上述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟一中所述篩分采用的設(shè)備為振動篩分機(jī)，且篩分后氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末的粒度為80目～140目。

7、上述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟一中所述真空密封的真空度小于1×10-2pa。

8、上述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟二中所述預(yù)熱的溫度為1220℃，時間為1h。

9、上述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟二中所述擠壓采用2500噸擠壓機(jī)，擠壓比為8。

10、上述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟三中所述熱鍛造采用空氣錘鍛，熱鍛造的溫度為970℃～1000℃，壓縮形變量大于70％，且熱鍛造后淬火。

11、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

12、1、不同于常規(guī)的熔煉法、粉末冶金、增材制造等方法，本發(fā)明先將高熵合金粉末包套后進(jìn)行熱擠壓，通過高溫大變形使合金組織產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，形成均勻細(xì)小等軸晶晶粒的組織，通常晶粒度小于10μm，再經(jīng)高溫?zé)徨懺齑笞冃?，增加了合金組織的位錯密度，同時使得合金的等軸細(xì)晶產(chǎn)生形變，晶粒內(nèi)的bcc相和b2相變得細(xì)小，顯著地增大了合金的屈服強(qiáng)度；此外，熱鍛造使得合金組織產(chǎn)生快速大變形，晶界上的fcc相含量增加，晶界厚度增大，且晶粒內(nèi)的bcc相和b2相變得更為細(xì)小，這種細(xì)長的b2相被bcc相包裹，增強(qiáng)了b2相的塑性變形能力,有利于壓縮變形過程中阻止合金組織中微裂紋的擴(kuò)展，使得合金具有高強(qiáng)高韌的機(jī)械性能，最終獲得高強(qiáng)高熵合金，該高熵合金的壓縮屈服強(qiáng)度不小于1700mpa,壓縮強(qiáng)度不小于3380mpa，壓縮應(yīng)變不小于32％，強(qiáng)韌性綜合力學(xué)性能得到大幅度提高。

13、2、相較于熔煉法制備的高熵合金晶粒尺寸粗大、顯微組織為粗大枝狀晶，且合金元素偏析嚴(yán)重而影響合金機(jī)械性能，本發(fā)明采用氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末為原料，有效避免了元素偏析問題，且經(jīng)熱擠壓大變形后的合金不僅組織得到細(xì)化，且保持成分均勻。

14、3、本發(fā)明采用的氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末原料在熱擠壓過程中更容易產(chǎn)生大變形，有利于粉末顯微組織的動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生，獲得均勻細(xì)小的等軸晶，進(jìn)一步提高了高熵合金的強(qiáng)韌性綜合力學(xué)性能。

15、4、本發(fā)明采用較大粒度的氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末為原料，其含氧量較小粒度粉末的更低，且較大粒度粉末的價格更便宜，有利于降低制備成本，同時，本發(fā)明采用真空包套粉末熱擠壓的制備方法，有效避免了熱加工過程中的合金粉末氧化問題，有利于改善高熵合金的性能。

16、5、本發(fā)明的制備方法流程短、成本低，易于實(shí)現(xiàn)，且產(chǎn)物高熵合金的規(guī)格不受限，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

17、下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

18、附圖標(biāo)記說明

19、圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的擠壓棒材的微觀組織圖(2500×)。

20、圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的高強(qiáng)高熵合金的微觀組織圖(2500×)。

21、圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的高強(qiáng)高熵合金的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟一中所述篩分采用的設(shè)備為振動篩分機(jī)，且篩分后氣霧化球形alcocrfeni高熵合金粉末的粒度為80目～140目。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟一中所述真空密封的真空度小于1×10-2pa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟二中所述預(yù)熱的溫度為1220℃，時間為1h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟二中所述擠壓采用2500噸擠壓機(jī)，擠壓比為8。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，其特征在于，步驟三中所述熱鍛造采用空氣錘鍛，熱鍛造的溫度為970℃～1000℃，壓縮形變量大于70％，且熱鍛造后淬火。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)高熵合金的熱加工制備方法，該方法包括：一、將氣霧化球形AlCoCrFeNi高熵合金粉末篩分后真空密封在碳鋼包套內(nèi)，形成包套粉末結(jié)構(gòu)；二、將包套粉末結(jié)構(gòu)預(yù)熱后擠壓得到擠壓棒材；三、將擠壓棒材熱鍛造得到高強(qiáng)高熵合金。本發(fā)明采用高熵合金粉末包套熱擠壓結(jié)合熱鍛造的方法，先通過高溫大變形使合金組織產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，形成均勻細(xì)小晶粒的組織，再經(jīng)高溫?zé)徨懺熘苽涓哽睾辖穑沟酶哽睾辖饛?qiáng)韌性綜合力學(xué)性能得到大幅度提高，有效避免了元素偏析問題和合金粉末氧化問題，流程短、成本低，易于實(shí)現(xiàn)，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：殷京甌,竇振宇,魏明,王建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北有色金屬研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10