[發明專利]一種高熔點等組元高熵合金的半固態成形方法

有效

• 申請號: 201711469103.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108034844B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李工;張麗軍;樊建濤;劉大進;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: C22C1/00;C22C30/02;B22D17/00
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 續京沙

一種高熔點等組元的CoCrCuFeNi高熵合金的半固態成形方法，其主要是采用電弧熔煉技術對高熵合金原料反復熔煉7次，獲得成分均勻的枝晶結構的鑄態高熵合金錠；將鑄態合金錠進行室溫下冷軋預變形處理，將經過冷軋變形的合金錠加熱到1160℃至1300℃，保溫5到80分鐘后，進行水淬快速冷卻獲得具有球形晶粒的半固態坯料；將半固態坯料根據需要定量分割切塊，并重新加熱至1160℃至1300℃保溫5分鐘，快速將坯料送至成形室，通過擠壓法將半固態的坯料壓入預先準備好的模具，獲得成形的高熵合金零件。本發明不僅可以降低制造高熵合金零件的成本，而且還能極大提高生產效率和產品質量，實現高熵合金零部件的工業化生產。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，特別涉及一種合金的成形方法。

背景技術

高熵合金的出現代表著一種新的合金設計理念的問世，近年來，關于高熵合金的開發和研究已經受到了廣泛的關注。高熵合金是由四種或四種以上的元素在混合高熵效應下形成的穩定簡單結構的多組元固溶體。高熵合金具有其他傳統合金所沒有的四種核心效應：高熵效應、遲緩擴散效應、嚴重的晶格扭曲以及雞尾酒效應。這些特殊的效應使得高熵合金表現出了很多特別的且優異的性能：高硬度、高強度、高斷裂韌性、高耐摩性、優異的耐高溫性、高的磁飽和度、良好的抗疲勞性、良好的抗氧化性以及好的耐腐蝕性等。其中，FCC系高熵合金作為最典型的高熵合金具有非常好的低溫強度和韌性，即越低溫越強韌。而絕大多數合金和鋼鐵材料在低溫下都會失去延展性，變得更脆而易碎。FCC系高熵合金卓越的低溫性能使得此類合金成為制備低溫器件的理想材料。作為一類新的合金體系，高熵合金顯示了重要的潛在應用價值。

目前，傳統加工成形方法包括兩種：固態成形和液態成形。固態成形方面，有無頭軋制、連軋、連續擠壓等技術。純固態成形的零件使用性能較好，但是加工工序繁瑣，而且受到模具的限制而只能生產形狀簡單的零件，難以制備精密的零部件。尤其是對于普遍含有價格昂貴的鈷和鉻的FCC系高熵合金而言，后期機加工勢必造成制造成本的大大提高。液態成形方面，有連續鑄軋、鑄造成形、液態模鍛、液態擠壓等技術。液態成形零件雖然能夠縮短成形工序，但其使用性能卻遠不及固態成形的零件。正是由于這些成形方法的限制，使得高熵合金的許多優良特性在實際應用中不能充分發揮。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成形零件組織致密、力學性能高、節約能源、縮短生產周期、有利于提高生產效率的高熔點等組元高熵合金的半固態成形方法。本發明主要是在合金的固-液兩相區直接加工成形。

本發明的技術方案如下：

(1)母合金的制備：

使用的高熵合金的化學成分(at％)是：Co、Cr、Fe、Ni、Cu，按照等原子比配料，熔煉前，對上述五種原材料在酒精介質中進行超聲清洗，以除去材料表面吸附的雜質，采用常規電弧熔煉技術制備雙相FCC枝晶結構的鑄態母合金錠，為了保證熔煉過程合金成分的均勻性，需反復熔煉7次；

(2)半固態金屬坯料的制備：

將步驟(1)常規鑄造的母合金錠切塊進行冷軋，軋制量為50％，此預變形工藝可以破碎鑄態合金內的枝晶結構，增加體系自由能；然后將經過冷軋變形的合金錠加熱到1160℃至1300℃，并保溫5到80分鐘，此時合金處于半固態溫度區，富Cu的FCC相完全熔化為液相，基體FCC相仍然為固相，被打碎的枝晶FCC相被液相包圍，并在枝晶邊界處形核，逐漸演變成細小圓整的半固態球形顆粒，隨后通過水淬快速冷卻獲得具有球形晶粒的半固態坯料；

(3)半固態成形：

將步驟(2)的半固態坯料根據需要定量分割切塊，并重新加熱到半固態溫度區間，在1160℃至1300℃保溫5分鐘，快速將坯料送至成形室，通過擠壓法將半固態的坯料壓入預先準備好的經過預熱的模具，獲得成形的高熵合金零件。

本發明與現有技術相比具有如下優點：