本发明专利技术公开一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，利用循环冷却介质形成超低温环境，保证高熵合金坯料持续在超低温环境下进行挤压变形，利用超低温条件下高熵合金均匀延伸率与硬化同时提高的特性，保证挤出管材的壁厚均匀性和表面质量，同时保证高熵合金挤出管材内部积累晶内亚结构，配合后续热处理获得高熵合金细晶管材，解决传统热挤压壁厚不均、组织弱化的问题。本发明专利技术还提供一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，包括超低温环境箱、挤压杆、挤压筒、预应力环、底板和控温冷却单元，控温冷却单元包括冷却介质源和测温元件，挤压筒、预应力环和挤压杆均设置冷却通道，冷却通道与冷却介质源相连通，使得成形装置能够为坯料提供超低温环境。料提供超低温环境。料提供超低温环境。
【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法及装置
[0001]本专利技术涉及金属挤压成形
，特别是涉及一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法及装置。
技术介绍
[0002]高熵合金具有强度高、耐腐蚀、耐高温与可设计性的显著优点，具有极宽的应用温度区间，是近年来的材料前沿，有望成为航空航天、船舶航海、兵器等高端装备构件的关键材料。薄壁管材由于其封闭几何结构，是成形整体复杂曲面薄壁件的理想坯料结构。由于高熵合金组织演变复杂、性能调控难，目前现有的管材制备技术，如热轧制、热挤压、拉拔、板材卷焊等，均无法用于制备组织性能优异、壁厚均匀、表面质量好与可靠性高的高熵合金薄壁管，进而无法通过塑性加工高熵合金薄壁管以制备复杂曲面薄壁构件。
[0003]热态挤压是制备轻质难变形材料管材的常用方法，为显著降低挤压力，坯料往往加热到再结晶温度(0.6倍的合金熔点)之上，该方法制备高熵合金管材的缺点在于，高温条件下高熵合金组织弱化，易发生严重氧化，同时热挤压过程中模具与坯料界面摩擦大，导致坯料流动时易与模具型腔发生粘连，影响挤出管材的表面质量；且温度较高时，材料软化严重，易导致挤出管材壁厚不均匀。
[0004]拉拔工艺是制备管材、丝材的常用工艺，该工艺的缺点在于受拉拔力限制，单道次变形量小，往往需要多道次变形，制备周期长，成本高；金属坯料受拉应力，易产生表面裂纹，甚至拉断，不适用于加工硬化明显的高熵合金。
[0005]板材卷焊是制备有缝管材的低成本制备工艺，该方法无法适用于制备高熵合金管材的原因在于：1)高熵合金弹性模量大、屈服强度高，导致卷焊后尺寸精度低、残余应力大；2)卷焊管材存在焊缝，而目前适用于高熵合金的焊接工艺未见报道，无法保证焊接质量，导致卷焊高熵合金管材可靠性差；3)卷焊管坯无法制备整体零件，焊缝导致构件的可靠性难以保证。
[0006]因此，如何改变现有技术中，制备高熵合金薄壁管时易出现管件壁厚不均匀、组织性能差、表面质量差、可靠性低的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，保证挤出管材的壁厚均匀性和表面质量，提高挤出管材的组织性能和可靠性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，包括超低温环境箱、挤压杆、挤压筒、预应力环、底板和控温冷却单元，所述超低温环境箱内能够容纳超低温介质，所述挤压筒和所述预应力环均设置于所述超低温环境箱中，所述预应力环套装于所述挤压筒的外部，所述预应力环与所述挤压筒过盈配合，所述挤压杆与所述挤压筒同轴设置，所述挤压杆能够伸入所述挤压筒内且能够沿着所述挤
压筒的轴线方向往复运动，所述挤压筒内能够容纳高熵合金坯料；所述控温冷却单元包括冷却介质源和测温元件，所述底板设置于所述超低温环境箱的底部，所述底板具有能够允许所述挤压杆通过的通孔，所述挤压筒、所述预应力环和所述挤压杆均设置冷却通道，所述冷却通道与所述冷却介质源相连通。
[0009]优选地，所述超低温环境箱的侧壁设置保温隔热层，所述超低温环境箱与所述底板之间设置隔热板。
[0010]优选地，所述挤压杆包括相连的头部和杆部，高熵合金坯料为空心柱状结构，所述挤压筒、所述杆部分别与高熵合金坯料间隙配合，所述冷却通道设置于所述头部内。
[0011]优选地，所述预应力环的外径为所述挤压筒外径的3
‑
5倍。
[0012]优选地，所述超低温环境箱、所述预应力环和所述挤压筒均设置测温通道，所述测温元件设置于所述测温通道内。
[0013]优选地，所述冷却通道为均匀设置的随形冷却水道。
[0014]优选地，所述挤压筒内的冷却通道与所述挤压筒的成型面之间的距离为2
‑
5mm。
[0015]本专利技术还提供一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，包括如下步骤：
[0016]步骤一、将高熵合金块体加工成预设尺寸的高熵合金坯料，挤压杆与高熵合金坯料的内壁间隙配合，挤压筒与高熵合金坯料的外壁间隙配合，高熵合金坯料的顶面与挤压杆的底面相平行，将高熵合金坯料置于超低温环境箱中冷却至挤压成形温度；
[0017]步骤二、将冷却的高熵合金坯料置于挤压筒内，挤压杆、挤压筒的温度不高于高熵合金坯料的温度；
[0018]步骤三、挤压杆运动，挤出高熵合金管后，挤压杆回程，去除尾料；
[0019]步骤四、将挤出的高熵合金管进行真空再结晶退火处理，获得具有细晶组织的高熵合金管。
[0020]优选地，步骤一中，高熵合金坯料的冷却温度区间为
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196℃～
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160℃。
[0021]优选地，高熵合金坯料为基础Co
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Cr
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Fe
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Ni基高熵合金、铝元素填加高熵合金、难熔炼高熵合金或轻质耐热高熵合金；基础Co
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Cr
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Fe
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Ni基高熵合金为过渡族元素四元高熵或五元高熵；铝元素添加高熵合金为Alx
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Co
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Cr
‑
Fe
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Ni中的一种；难熔炼高熵合金为添加Cr、Mo、V、Ta、Hf难熔炼元素中的一种；轻质耐热高熵合金为密度小于8.0kg/m3、使用温度高于800℃的一种；
[0022]高熵合金块体由熔炼工艺或粉末冶金工艺获得，熔炼后坯料进行真空均匀化退火或热等静压处理消除原始铸造缺陷；真空均匀化退火处理时，温度区间为1000℃
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1400℃，保温时间12h
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48h；热等静压处理时，温度区间为1000℃
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1400℃，保温时间12h
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48h。
[0023]本专利技术提供一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，包括如下步骤：
[0024]步骤一、制备高熵合金块体材料，将制备的高熵合金块体加工成预设尺寸的高熵合金坯料，高熵合金坯料的表面进行皂化润滑处理；
[0025]步骤二、将高熵合金坯料与的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置置于超低温环境中冷却至低温，同时的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置内部持续循环液氮冷却介质；挤压筒、挤压筒内以及挤压杆的温度不高于高熵合金坯料的温度；
[0026]步骤三、将冷却的高熵合金坯料置于挤压筒内，挤压杆与高熵合金坯料的内壁间隙配合，挤压筒与高熵合金坯料的外壁间隙配合，高熵合金坯料的顶面与挤压杆的底面相
平行；
[0027]步骤四、压机带动挤压杆运动，挤压高熵合金坯料，挤出高熵合金管后，挤压杆回程，去除尾料；
[0028]步骤五、将挤出的高熵合金管进行真空再结晶退火处理，获得具有细晶组织的高熵合金管。
[0029]优选地，步骤四中，高熵合金坯料的挤压成形温度区间为
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196℃～...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：包括超低温环境箱、挤压杆、挤压筒、预应力环、底板和控温冷却单元，所述超低温环境箱内能够容纳超低温介质，所述挤压筒和所述预应力环均设置于所述超低温环境箱中，所述预应力环套装于所述挤压筒的外部，所述预应力环与所述挤压筒过盈配合，所述挤压杆与所述挤压筒同轴设置，所述挤压杆能够伸入所述挤压筒内且能够沿着所述挤压筒的轴线方向往复运动，所述挤压筒内能够容纳高熵合金坯料；所述控温冷却单元包括冷却介质源和测温元件，所述底板设置于所述超低温环境箱的底部，所述底板具有能够允许所述挤压杆通过的通孔，所述挤压筒、所述预应力环和所述挤压杆均设置冷却通道，所述冷却通道与所述冷却介质源相连通。2.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述超低温环境箱的侧壁设置保温隔热层，所述超低温环境箱与所述底板之间设置隔热板。3.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述挤压杆包括相连的头部和杆部，高熵合金坯料为空心柱状结构，所述挤压筒、所述杆部分别与高熵合金坯料间隙配合，所述冷却通道设置于所述头部内。4.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述预应力环的外径为所述挤压筒外径的3
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5倍。5.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述超低温环境箱、所述预应力环和所述挤压筒均设置测温通道，所述测温元件设置于所述测温通道内。6.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述冷却通道为均匀设置的随形冷却水道。7.根据权利要求1所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于：所述挤压筒内的冷却通道与所述挤压筒的成型面之间的距离为2
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5mm。8.一种高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，利用权利要求1
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7任一项所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将高熵合金块体加工成预设尺寸的高熵合金坯料，挤压杆与高熵合金坯料的内壁间隙配合，挤压筒与高熵合金坯料的外壁间隙配合，高熵合金坯料的顶面与挤压杆的底面相平行，将高熵合金坯料置于超低温环境箱中冷却至挤压成形温度；步骤二、将冷却的高熵合金坯料置于挤压筒内，挤压杆、挤压筒的温度不高于高熵合金坯料的温度；步骤三、挤压杆运动，挤出高熵合金管后，挤压杆回程，去除尾料；步骤四、将挤出的高熵合金管进行真空再结晶退火处理，获得具有细晶组织的高熵合金管。9.根据权利要求8所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，其特征在于：步骤一中，高熵合金坯料的冷却温度区间为
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196℃～
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160℃。10.根据权利要求8所述的高熵合金薄壁管超低温挤压成形方法，其特征在于：高熵合金坯料为基础Co
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Cr
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Fe
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Ni基高熵合金、铝元素填加高熵合金、难熔炼高熵合金或轻质耐热高熵合金；基础Co
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Cr
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Fe
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Ni基高熵合金为过渡族元素四元高熵或五元高熵；铝元素添加高熵合金为Alx
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Co
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Cr
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【专利技术属性】
技术研发人员：苑世剑，郑凯伦，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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