一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法与流程

本发明属于金属合金材料加工，具体涉及一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法。

背景技术：

1、高熵合金属于多主元合金，是近年来发展起来的一类新型合金材料。通常含有至少四种主要金属元素，各元素含量可以按照等原子比或者非等原子比例设计，各主要元素原子数含量不应少于5%。不同于传统的合金材料，高熵合金的混合熵高，不易形成金属间化合物，反而容易形成固溶体结构。高熵合金在动力学、组织结构、性能等方面相比传统合金也具有自身独特的特性，是一种综合性能良好、极具应用前景的金属材料。

2、板材作为一种最常见的结构形状，广泛应用于军工、航空航天、船舶、工程装备领域。在应用中，要充分发挥高熵合金板材优良的综合性能，需要保证合金具有各向同性，即保证合金的晶粒取向随机。现阶段，针对大尺寸高熵合金，加工得到具有随机晶粒取向、各向同性的高熵合金板材，对于推广高熵合金在结构材料领域的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法。该方法通过高熵合金成分及处理尺寸确定热锻及热处理工艺，并将热锻法与多道次双向交叉轧制工艺结合，减少了单相高熵合金板材的组织缺陷，并保证晶粒取向随机，提高了单相高熵合金板材的成品率。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，该单相高熵合金为cocrfenialti系高熵合金，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、三火锻造

4、步骤101、一火热锻：根据thermo calc软件计算cocrfenialti系高熵合金的相图，并确定单相温度范围，结合圆柱形高熵合金铸锭尺寸，将圆柱形高熵合金铸锭在炉温1050℃~1200℃下保温1h~3h，采用自由锻造油压机沿圆柱形高熵合金铸锭的两个相互垂直的径向各进行1次锻造，且每次锻造的压下量为15%~25%，在圆柱形高熵合金铸锭的圆柱面上锻造出四个平面，然后沿圆柱形高熵合金铸锭的高度方向进行2次压缩，且每次压缩的压下量为3%~8%，再对圆柱面进行平整以尽量消除圆弧面，得到一火锻件；

5、所述锻造和压缩过程中同步采用红外测温仪实时测量处理对象表面温度，当处理对象表面温度降至920℃时停止锻造，若表面无明显开裂，则回炉升温，若表面有明显开裂，则在空气中冷却后切除开裂部分，再回炉升温；

6、步骤102、二火热锻：将步骤101中得到的一火锻件在炉温1050℃~1200℃下保温0.5h，然后依次对一火锻件中三对平行面进行锻造，且每次锻造的压下量为10%~20%，获得截面为正方形的二火锻件；

7、所述锻造过程中同步采用红外测温仪实时测量处理对象表面温度，当处理对象表面温度降至920℃时停止锻造，回炉升温；

8、步骤103、三火热锻：将步骤102中得到的二火锻件在炉温1050℃~1200℃下保温0.5h，然后依次对二火锻件中三对相互垂直的平行面进行定尺锻造，且每次定尺锻造的压下量为5%~10%，空冷至室温，得到三火锻件；

9、步骤二、双向交叉冷轧：根据目标单相高熵合金板材的体积，将步骤103中得到的三火锻件切割出母料，然后利用冷热轧机对母料进行多道次双向交叉轧制，且多道次双向交叉轧制的道次数为4~8次，单道次变形量为5%~15%，得到轧制板材；所述多道次双向交叉轧制过程中当母料边缘出现较大开裂时，利用钣金机切除开裂部分；

10、步骤三、热处理：将步骤二中得到的轧制板材在950℃~1200℃下保温0.5h~1h进行真空退火热处理，随炉冷却，然后利用校平机进行校平，再采用激光切割至目标单相高熵合金板材尺寸，经抛光处理后得到单相高熵合金板材。

11、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱形高熵合金铸锭的直径为100mm以上，高径比为1以上。进一步地，圆柱形高熵合金铸锭的直径为150mm以上，高径比为1.5以上。通过限定圆柱形高熵合金铸锭的高径比，防止一火热锻时压弯锻件。

12、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱形高熵合金铸锭为fcc单相结构，晶粒取向随机。

13、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤101中所述保温的时间为1h~3h，所述1次锻造时每次锻造的压下量为15%~25%，所述2次压缩时每次压缩的压下量为3%~8%。

14、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤102中所述保温时间为0.5h，所述锻造时每次锻造的压下量为10%~20%。

15、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤103中所述保温的时间为0.5h，所述定尺锻造时每次定尺锻造的压下量为5%~10%。

16、上述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤二中所述多道次双向交叉轧制的道次数为4~8次，单道次变形量为5%~15%。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明针对cocrfenialti系高熵合金，根据thermo calc软件算出该高熵合金成分的相图，并确定单相温度范围，根据合金成分和铸锭/锻件尺寸，确定热锻、热处理的温度和时间，从而获得单相高熵合金板材。

19、2、本发明将热锻法与多道次双向交叉轧制工艺结合，及时消除锻造缺陷，减少了单相高熵合金板材的组织缺陷，并保证晶粒取向随机，提高了单相高熵合金板材的成品率，降低了综合成本，从而实现工业级大尺寸单相高熵合金板材的制备。

20、3、本发明的加工方法思路明确，操作简单，安全可靠，经济高效，有利于高熵合金板材工业化推广应用。

21、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，该单相高熵合金为cocrfenialti系高熵合金，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱形高熵合金铸锭的直径为100mm以上，高径比为1以上。

3.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱形高熵合金铸锭为fcc单相结构，晶粒取向随机。

4.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤101中所述保温的时间为1h~3h，所述1次锻造时每次锻造的压下量为15%~25%，所述2次压缩时每次压缩的压下量为3%~8%。

5.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤102中所述保温时间为0.5h，所述锻造时每次锻造的压下量为10%~20%。

6.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤103中所述保温的时间为0.5h，所述定尺锻造时每次定尺锻造的压下量为5%~10%。

7.根据权利要求1所述的一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，其特征在于，步骤二中所述多道次双向交叉轧制的道次数为4~8次，单道次变形量为5%~15%。

技术总结
本发明公开了一种晶粒取向随机的单相高熵合金板材加工方法，该方法包括：一、三火锻造：先对高熵合金铸锭保温后进行锻造和压缩得到一火锻件，然后保温后进行锻造获得二火锻件，再将二火锻件保温后定尺锻造，空冷至室温得到三火锻件；二、将三火锻件切割出母料进行多道次双向交叉轧制得到轧制板材；三、将轧制板材进行真空退火热处理，随炉冷却后校平、切割和抛光，得到单相高熵合金板材。本发明根据高熵合金成分及处理尺寸确定热锻及热处理工艺，并将热锻法与多道次双向交叉轧制工艺结合，减少了单相高熵合金板材的组织缺陷，并保证晶粒取向随机，提高了单相高熵合金板材的成品率，操作简单，安全可靠，有利于高熵合金板材工业化推广应用。

技术研发人员：钟茜婷,田权伟,宋佳星,寇钢,王梦,冯靖凯
受保护的技术使用者：西安稀有金属材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27