一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法转让专利
申请号 : CN202110147048.5
文献号 : CN112962014B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 徐先东 , 程清 , 陈江华
申请人 : 湖南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:将过渡族金属钴、铬、镍三种元素按照等原子比混合,采用真空感应熔炼的方法制备CoCrNi多组元合金,后进行高温均一化处理,高温均一化的条件是1200℃退火4h,再进行水淬;
S2:通过冷轧的变形方式对CoCrNi多组元合金引入不同的变形量,每一变形量的样品分别在100℃~800℃之间每间隔100℃退火1h后随炉冷却,之后对每一变形量不同温度的样品进行微观维氏硬度观察;
S3:通过室温单轴拉伸的变形方式对多组元合金引入一定变形量,预变形的拉伸样分为两组,一组预变形后不进行退火处理,另一组预变形后进行低温退火处理;其中首先进行的预变形量为5%,预变形后低温退火的条件是500℃退火1h,再进行水淬;
S4:两组CoCrNi多组元合金分别经单独反复预变形和反复预变形加低温退火处理后,进行单轴拉伸试验;其中反复预变形及低温退火的次数为5次,这5次预变形是逐渐累积的,分别为:5%,10%,20%,30%,40%,5次低温退火的条件均为500℃退火1h,再进行水淬;其中经反复预变形及低温退火5次,总预变形量为40%后,与反复预变形未低温退火的CoCrNi多组元合金相比,500℃退火1h后水淬的CoCrNi多组元合金的屈服强度提高了11.7%,抗拉强度提高了16.2%,塑性提高了20.8%。
2.根据权利要求1所述的一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法,其特征在于:所述步骤S1中使用的钴、铬、镍金属颗粒的大小为3~10mm;采用真空感应熔炼的温度大于2000℃,其工艺参数为:电流为400~450A,水冷铜模进行冷却,熔炼次数为3~5次。
3.根据权利要求1所述的一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法,其特征在于:所述步骤S1中所述的多组元合金,具有以单相面心立方晶体结构为主要基体相;为置换型固溶体合金;无明显氧化夹杂或铸造缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法,其特征在于:所述步骤S2中通过冷轧的变形方式对CoCrNi多组元合金引入的变形量为20%,40%,
60%,80%,90%,同一变形量样品的微观维氏硬度随温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,峰值温度为500℃。
说明书 :
一种基于退火硬化提高多组元合金强塑性的方法
技术领域
背景技术
服强度,抗拉强度和塑性。(Z.Wu,H.Bei,G.M.Pharr,et al.Temperature dependence of
the mechanical properties of equiatomic solid solution alloys with face‑
centered cubic crystal structures[J].Acta Materialia 81(2014)428–441.)在室温
下,虽然CoCrNi具有较好的塑性(>60%),但是其屈服强度依然很低(<350MPa),限制了其作
为结构材料的实际应用。商用合金必须满足抗拉强度的范围在900~2400MPa,屈服强度在
500~2200MPa,为了实现这一规范,科研工作者们提出了很多方法以提高CoCrNi强度的同
时维持良好的塑性。如:Wang等人采用放电等离子体烧结的方法在CoCrNi基体中加入
5wt.%的Mo元素,CoCrNi基体中析出的μ相使其屈服强度从352MPa提高到815MPa,仍维持近
25%的塑性。Lu等人在CoCrNi基体中引入0~30at.%的Al原子,由于Al与基体元素相比具
有较大的原子半径和电负性,随着Al元素的增加合金沿着单相FCC到FCC加BCC再到双相BCC
转变,Al原子的固溶强化效应及BCC相的增多使初始CoCrNi的压缩强度从204MPa增加到
1792MPa。(Jianying Wang,Hailin Yang,Hua Huang et al.In‑situ Mo nanoparticles
strengthened CoCrNi medium entropy alloy[J].Journal of Alloys and Compounds
798(2019)576e586.Wenjie Lu,Xian Luo,Yanqing Yang,et al.Effects of Al addition
on structural evolution and mechanical properties of the CrCoNi medium‑
entropy alloy[J].Materials Chemistry and Physics 238(2019)121841.)几个世纪以
来,金属结构材料的发展仍然主要依靠合金化技术,即把金属和其他元素结合起来以获得
所需要的性能,此过程的目的是改变基底晶格的电子态和应变能,从而改变其性质,或形成
具有其他性能的替代相。通过调节CoCrNi合金成分和添加其他金属元素已被证明可以有效
的调节其力学性能。然而,合金化使材料开发更加依赖于资源,使其面临资源逐步枯竭和关
键元素无法获得的风险。而且成分复杂的合金材料的回收也变得更加困难,此外,合金的总
生产成本逐渐增加,特别是那些含有贵金属合金化元素的材料。
下调节材料的性能。(Xiuyan Li,K.Lu.Playing with defects in metals[J].Nature
Materials 16(2017)700–701.)Deng等人采用等通道挤压的方式在CoCrNi多组元合金中引
入了位错,层错,孪晶,并通过不同道次的等通道挤压来调节CoCrNi中的缺陷结构与密度以
调节其力学性能,在1道次,2道次和3道次等通道挤压之后CoCrNi的屈服强度从200MPa分别
增加到829MPa,1068MPa和1191MPa,并在3道次之后仍保持了9%的塑性。值得注意的是
CoCrNi经过3道次等通道挤压并在300~1000℃退火1h之后,其维氏硬度和屈服强度均呈现
出了先增加后减小的趋势,在500℃退火1h时强度达到峰值,屈服强度达到了1298MPa,塑性
为4%,作者认为低温退火在CoCrNi产生了纳米孪晶和HCP相复合结构促进了其强度的进一
步提升。(H.W.Deng,Z.M.Xie,B.L.Zhao et al.Tailoring mechanical properties of a
CoCrNi medium‑entropy alloy by controlling nanotwin‑HCP lamellae and
annealing twins[J].Materials Science&Engineering A 744(2019)241–246.)由此可
见,经过冷变形或冷变形后低温退火是一种提高金属材料强度的有效方法。
不引入其他合金化元素的同时退火硬化效应仍需提高。而且大变形的金属虽然具有较高的
强度但是其塑性牺牲很大,缺陷结构不均匀,不稳定,不利于工程结构的实际应用,低温退
火后的大变形金属强度得到了提升,但是其塑性会进一步降低,Gu等人在高压扭转的
CoCrFeMnNi多组元合金低温退火后也观察到了硬化现象,强度从1150MPa增加到1300MPa,
塑性几乎降为零,(Ji Gu,Min Song.Annealing‑induced abnormal hardening in a cold
rolled CrMnFeCoNi high entropy alloy[J].Scripta Materialia 162(2019)345–349.)
因此,我们采用反复预变形及后低温退火(500℃)相结合的方法,实现了强度和塑性同时提
高,屈服强度提高了11.7%,抗拉强度提高了16.2%,塑性提高了20.8%,使其在工程结构
材料中具有广泛的应用前景。
发明内容
种CoCrNi多组元合金反复预变形后低温退火的方法,该方法不仅提高了CoCrNi多组元合金
退火硬化效应,而且显著的增加了其塑性。为减少合金化元素的使用,节约资源,降低成本
提供了途径,为国防军工等领域关键零部件的制造提供了广泛的应用前景。
度的样品进行微观维氏硬度观察;
冷铜模进行冷却,熔炼次数为3~5次;高温均一化的条件是1200℃退火4h,再进行水淬。
析、缩孔等)。
温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,峰值温度为500℃。
为500℃退火1h,再进行水淬。
淬的CoCrNi多组元合金的屈服强度提高了11.7%,抗拉强度提高了16.2%,塑性提高了
20.8%。
节约成本等优点。
塑性分别从692.2MPa,772.3MPa,28.7%提高到773.6MPa,897.7MPa和34.6%;分别提高了
11.7%,16.2%和20.8%。
附图说明
具体实施方式
术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
寸为3~10mm,感应电流为450A,熔炼温度大约为2000℃。将熔炼出的铸锭进行1200℃退火
4h均一化处理;
90%;
500℃退火1h处理;
此可以得到预变形10%及500℃退火1h处理的样品。
工程应力应变曲线和图3的屈服强度图可知,当预应变10%及500℃退火1h处理后,与未退
火样品相比,退火样品的屈服强度从369.5MPa增加到394.8MPa。
寸为3~10mm,感应电流为450A,熔炼温度大约为2000℃。将熔炼出的铸锭进行1200℃退火
4h均一化处理;
90%;
500℃退火1h处理;
此可以得到预变形10%及500℃退火1h处理的样品;
由此可以得到预变形20%及500℃退火1h处理的样品。
寸为3~10mm,感应电流为450A,熔炼温度大约为2000℃。将熔炼出的铸锭进行1200℃退火
4h均一化处理;
90%;
500℃退火1h处理;
此可以得到预变形10%及500℃退火1h处理的样品;
由此可以得到预变形20%及500℃退火1h处理的样品;
由此可以得到预变形30%及500℃退火1h处理的样品;
由此可以得到预变形40%及500℃退火1h处理的样品。
772.3MPa,28.7%提高到773.6MPa,897.7MPa和34.6%;分别提高了11.7%,16.2%和
20.8%。
为对本发明的限制。
介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限
定,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体
含义。
和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。