一种热处理结合塑性变形提高单相高熵合金强度的方法

摘要

本发明公开了一种热处理结合塑性变形提高单相高熵合金强度的方法，属于高熵合金强化改性技术领域，将Al

说明书

技术领域

本发明属于高熵合金强化改性技术领域，特别涉及一种提高高熵合金强度的方法，特指将热处理与塑性变形相结合以提高单相高熵合金强度的方法。

背景技术

高熵合金是由n（n≥5）种金属或与非金属，以等摩尔比或非等摩尔比（各组元原子百分比不超过35%）经熔炼、烧结或其他方法组合而形成具有金属特性的材料。因为合金中的金属元素多，混乱度大，高熵效应促进了元素间的混合，使得多种主元素倾向混乱排列而形成简单的体心立方或面心立方晶体，甚至非晶体化，同时抑制了脆性的金属间化合物的形成。因此此类合金具有高硬度、高抗压强度以及优越的耐磨性和耐蚀性，特性明显优于传统合金，有望大量实际应用于制作高强度、耐高温、耐腐蚀的刀具、模具， 甚至有望代替昂贵金属结构件用于超高温等极端条件下，具有极大的工业发展潜力。

虽然高熵合金具有诸多优良的性能，但大部分高熵合金的局限性在于其脆性较大，抗拉强度偏低，这就限制了高熵合金应用于复杂受力条件下的结构件。目前高熵合金的强化可以借鉴传统金属材料的强化方法，如固溶强化，时效强化，加工硬化以及热处理等传统方法。近阶段研究可知，FCC结构的高熵合金的塑性往往高于BCC结构的高熵合金；而强度则往往低于 BCC结构的高熵合金，双相高熵合金则由于本身的“枝晶”之间的简单复合，而使得强度和塑性基本介于二者之间，同样不能满足强度塑形上的双重要求。如果不考虑加工硬化，纯粹利用微合金化法对单相FCC或BCC型高熵合金的强度提高程度有限。虽然塑性变形带来的加工硬化确实可以明显提高纯固溶体相结构的高熵合金，但正如加工硬化对传统合金的影响一样，这种强化手段使合金的塑性、韧性明显下降，且强度、硬度保持稳定的温度范围也受到了限制，这就限制了高熵合金在高温结构领域的可能应用。寻找一种在保证塑性的同时提高其强度的方法成为推动高熵合金应用于工业生产所需解决问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种热处理结合塑性变形提高单相高熵合金强度的方法，在保证其塑性的同时提高高熵合金的强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热处理结合塑性变形提高单相高熵合金强度的方法，将高熵合金进行热处理和塑性变形，

所述热处理为时效处理，将高熵合金试样进行时效处理，时效温度为200-950℃，保温时间0.5-5h，然后取出后空冷；

所述塑性变形为轧制压缩变形，其变形量为30%-80%。

进一步的，所述高熵合金是由铝、铬、铜、铁、镍元素组成的单相面心立方结构。

进一步的，所述高熵合金是Al_0.5CrCuFeNi₂合金。

进一步的，时效处理时，将高熵合金试样至于电阻炉内进行时效处理。

进一步的，将高熵合金进行热处理和塑性变形后去应力退火，其中热处理和塑性变形任何一个步骤在先均可。

进一步的，所述去应力退火是将经过热处理和塑性变形后的高熵合金试样加热至180-220℃，保温0.5-2.0h，消除残余应力。

进一步的，去除应力退火中将经过热处理和塑性变形后的高熵合金试样置于电阻炉中加热至180-220℃，保温0.5-2.0h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的方法可使高熵合金在保证塑性的同时强度提高10%-95%，其综合力学性能优异，拓宽了高熵合金的应用范围；本发明操作简便，可行性强，效果显著。

附图说明

图1 是Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金的XRD图谱，其结构为FCC；

图2是 Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金的金相显微照片；

图3 是Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金经600℃保温2小时空冷处理后的金相显微照片；

图4 是时效处理过的Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金经60%轧制变形后的金相显微组织照片；

图5是 Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金经700℃保温2小时空冷处理后的金相显微照片；

图6是Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金时效处理、时效处理与塑性变形结合处理后硬度随处理温度的变化曲线；

图7是 Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金不同程度塑性变形后硬度变化曲线；

图8是Al_0.5CrCuFeNi₂铸态高熵合金经不同温度时效处理前后室温压缩应力-应变曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

所述Al0.5CrCuFeNi₂合金的制备采用电弧炉真空吸铸的方法，将合金制作成直径φ3mm的Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样。

对Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样进行X射线衍射分析成分及结构，观察试样显微组织形貌，图1为Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样XRD图谱，其结构为FCC（面心立方结构），图2为铸态试样显微组织照片。用显微硬度计测量试样显微硬度为222.9HV。

实施例1

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在电阻炉内进行时效处理，时效温度600℃，保温时间2小时后空冷，其显微组织形貌如图3所示，然后对试样进行轧制处理，变形量为60%，压缩后的微观组织形貌如图4所示，测得其显微硬度值为341.6HV，较处理前硬度提高了53.3%，效果显著。

实施例2

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在电阻炉内进行时效处理，时效温度750℃，保温时间2.5小时后空冷，其显微组织形貌如图5所示，然后对试样进行轧制处理，变形量为60%，测得其硬度值为403.8HV，较处理前硬度提高了81%。

实施例3

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在200℃温度下保温5h，取出空冷，然后对其进行变形量80%的轧制压缩处理，处理后可以视情况将试样置于180℃下保温2h进行去应力退火处理，以减小残余应力，高熵合金在保证塑性的同时强度提高95%。

实施例4

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在950℃温度下保温0.5h，取出空冷，然后对其进行变形量30%的轧制压缩处理，处理后可以视情况将试样置于220℃下保温0.5h进行去应力退火处理，以减小残余应力，高熵合金在保证塑性的同时强度提高10%。

实施例5

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在950℃温度下保温0.5h，取出空冷，然后对其进行变形量60%的轧制压缩处理，处理后可以视情况将试样置于200℃下保温1.0h进行去应力退火处理，以减小残余应力，高熵合金在保证塑性的同时强度提高80%。

如图6所示，将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样分别不同温度下进行时效处理，而后进行变形量为60%的压缩变形，分别测得显微硬度随处理温度的变化曲线，对比图7可以看出仅采用塑性变形方法对强度的提高有限，本发明所述方法可以大幅度提高高熵合金的强度。

实施例6

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在600℃温度下保温2.0h，取出空冷，然后对其进行变形量60%的轧制压缩处理。

实施例7

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在700℃温度下保温2h，取出空冷，然后对其进行变形量60%的轧制压缩处理。

实施例8

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在750℃温度下保温2h，取出空冷，然后对其进行变形量60%的轧制压缩处理。

实施例9

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样在800℃温度下保温2h，取出空冷，然后对其进行变形量60%的轧制压缩处理。

如图8所示，不同温度（600℃、700℃、750℃、800℃）时效处理后测得压缩应力应变曲线，图8压缩应力应变曲线无屈服，呈上升态势说明材料塑性优异。

实施例10

将Al_0.5CrCuFeNi₂铸态试样进行变形量60%的轧制压缩变形，而后保温2h，取出后空冷，测得硬度为362.7HV，硬度提高了62.7%，同实施例1比较可知，该方法与热处理和塑性变形的先后顺序无关。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。