[發明專利]一種高強高塑性異質晶粒結構亞穩態高熵合金的制備方法

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• 申請號: 202211601024.3
• 申請日: 2022-12-13
• 公開（公告）號: CN115976349A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 馬新凱;陸科杰;李家豪;羅勝年
• 申請（專利權）人: 西南交通大學深圳研究院
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C30/00;C22F1/00;C25F3/16;B24B1/00
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 劉士暢

本發明公開了一種高強高塑性異質晶粒結構亞穩態高熵合金的制備方法，涉及異質結構亞穩態高熵合金技術領域，本發明方法通過多道次室溫軋制和部分再結晶退火工藝制備了不同的異質結構材料，這些不同的異質材料具有不同的再結晶晶粒、亞結構、變形晶粒比例，其屈服強度為545.0～922.5MPa，極限抗拉強度可達843.3～1018.4MPa，延展性可達27.1～52.0％，這權衡了強度與延展性，獲得了高強度的同時具有高的延展性；最終的產品異構組織包括再結晶晶粒，亞結構和變形晶粒，所述再結晶晶粒、亞結構、變形晶粒的組成比例為37.1～91.0：15.7～7.9：46.6～1.0。

技術領域

本發明涉及異質晶粒結構亞穩態高熵合金技術領域，具體涉及一種高強高塑性異質晶粒結構亞穩態高熵合金的制備方法。

背景技術

高熵合金(HEAs)提供了至少5種元素組成的高混合熵設計理念，顯示了簡單的固溶體，因其獨特的設計方法而引起了極大的關注。通常，面心立方(FCC)結構的HEAs具有較高的位錯激活能力，顯示出較高的延展性，但低的屈服強度限制了其工程應用(200MPa-350MPa)。

通過調整等原子的FeCoCrMnNi合金系統的成分可以實現亞穩態HEAs的設計，打破了HEAs設計的局限性，降低了HEAs的層錯能，這有對于實現相變誘導塑性(TRIP)效應有利，TRIP效應產生的第二相阻礙了位錯的滑移，可以提高材料的強度和加工硬化能力。先前的研究表明，可以通過晶界強化、沉淀強化等方式來提高合金的強度，但通常會導致延展性的大量損失，這是因為強化是通過阻礙位錯的移動實現，而韌化需要促進位錯源的開動，從而導致強度-延展性矛盾的問題的出現。最近，人們通過異質晶粒結構概念，制備了部分再結晶的微觀組織，這種部分再結晶的組織顯示出位錯和晶粒分布的異質性，它們成功地解決了強度-延展性矛盾的問題。換句話說，異質結構的材料在塑性變形時，軟/硬界面通過產生幾何必需位錯來適應變形的不相容，產生了長程的HDI強化，從而實現優異的強-塑性平衡。

我們通過創新地結合冷軋、部分再結晶退火工藝制備了具有異質晶粒結構的亞穩態HEAs。結果表明，這種部分再結晶的異質結構實現了超高強-塑性協同作用，為制備優異力學性能的亞穩態HEAs提供了新的見解：通過晶界強化、位錯強化、沉淀強化來提高合金的強度，但晶界強化、位錯強化、沉淀強化雖然可以提高合金的強度，也通常會導致延展性的大量損失，面臨強度-延展性矛盾的問題。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明提供一種高強高塑性異質晶粒結構亞穩態高熵合金的制備方法，通過創新的結合室溫軋制和部分再結晶退火工藝制備了位錯和晶粒尺寸分布異質性的微觀組織，這種異質晶粒結構微觀組織顯示了再結晶晶粒、亞結構、變形晶粒的不同比例，權衡了強度和延展性，獲得了高強度的同時具有高的延展性，從而解決現有技術中面臨強度-延展性矛盾的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種高強高塑性異質晶粒結構亞穩態高熵合金的制備方法，所述異質晶粒結構亞穩態高熵合金為采用真空感應懸浮熔煉法制備的純度為99.9％的鑄態亞穩態Fe₄₀Co₂₀Cr₂₀Mn₁₀Ni₁₀高熵合金，其后續制備過程如下：

(1)在鑄態亞穩態高熵合金上進行電火花加工，獲得板狀試樣；

(2)在室溫下進行多道次軋制，軋制到最終厚度為軋制前的10％；

(3)在軋制完成的板上切狗骨頭拉伸試樣；

(4)將試樣在500℃～900℃的條件下保溫1～10min；

(5)將熱處理后的異構組織試樣在拉伸機上完成準靜態拉伸，拉伸應變率為1×10^-3s^-1；