一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法、该方法得到的高熵合金及其应用技术

本发明专利技术属于高熵合金制备、加工及热处理领域，具体涉及一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法、该方法得到的高熵合金及其应用。本发明专利技术对高熵合金铸锭进行热处理，方法包括对高熵合金的调质、热锻和冷轧的合金处理工艺，所得到的热处理态高熵合金较固溶处理后高熵合金，性能显著提高，得到高强度、高塑韧性以及综合力学性能良好的合金材料。本发明专利技术通过反复熔炼技术避免固溶处理后高熵合金偏析现象的产生，并通过热处理工艺使得高熵合金具有良好的强度和塑韧性，消除合金内部残余应力，改善合金切削性能，获得成分均匀的超细晶晶体结构组织，热处理后的合金相较固溶处理后合金硬度和耐磨性能提高2～3倍。磨性能提高2～3倍。磨性能提高2～3倍。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法、该方法得到的高熵合金及其应用


[0001]本专利技术属于高熵合金制备、加工及热处理领域，具体涉及一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法、该方法得到的高熵合金及其应用。

技术介绍

[0002]金属合金是工业生产中广泛应用的材料，在生活生产中起着不可或缺的作用。然而固溶处理后合金的力学性能在一定程度上无法满足实际工程要求，因此固溶处理后合金的应用受到极大限制，使得进一步提高合金材料的强度和塑性等力学性能成为大势所趋。这有利于提高金属合金材料的质量，同时提高工业生产过程中合金材料的利用率。
[0003]近些年，高熵合金作为一种新型合金，由于其所具有的特殊的四大效应，大幅度阻碍位错运动，因此体现出了比传统金属更加优异的力学性能。但目前关于高熵合金热处理过程中合金组织演变的研究尚少，因此对相关合金组织演变规律并不明确，使得热处理获取高熵合金组织性能具有极大随机性。
[0004]“一种超声与压力一体辅助高熵合金热处理技术”(CN109457197A)专利技术，其所述高熵合金分子式为AlCoCrFeNiTi
0.5
。该技术热处理工艺流程包括：用不导致试样发生塑性变形的压力固定高熵合金、将试样置于800℃热处理炉中，保证氩气气氛并启动超声环境，保温5h,随炉冷却。本专利技术有效实现对高熵合金晶粒的转变，细化其晶粒组织，提高其综合力学性能。该技术虽然对高熵合金综合力学性能具有提升效果，但工艺流程较长且每项工艺涉及的工艺参数对合金性能影响较大，不利于实际操作与控制。/>[0005]“一种高熵合金冲击热处理技术”(CN110106457A)专利技术，其所述高熵合金分子式为AlCoCr
0.5
FeNiTi
0.5
。该技术热处理工艺流程包括：对试样进行加热、保温、机械脉冲冲击、控速降温、保温、随炉降温、获得工件。本专利技术通过调控各项工艺参数最终细化高熵合金晶粒，消除铸造缺陷，提升材料的综合性能。该技术虽然对高熵合金综合力学性能具有提升效果，但工艺流程较长且每项工艺涉及的工艺参数对合金性能影响较大，不利于实际操作与控制。
[0006]现有高熵合金热处理工艺较多，例如“一种NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法”(CN113817971A)热处理过后的高熵合金硬度和耐磨性均得到0.5～1倍的提高，但此热处理工艺较为复杂、热处理时间长且未结合锻造技术，使得处理的合金切削加工性不优良。本专利技术热处理的高熵合金结合锻造和扎制工艺，提高了合金的硬度及耐磨性，且提高了合金的切削加工性能。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术的不足，优化生产的高熵合金的组织结构，本专利技术提供了一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法、该方法得到的高熵合金及其应用。本专利技术所采用的热处理方法包括对高熵合金的调质、热锻和冷轧的合金处理工艺，可以得到高强度、高塑韧性以
及综合力学性能良好的合金材料。
[0008]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0009]一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法，包括以下步骤：
[0010]1)采用真空电弧熔炼技术制备高熵合金铸锭，即固溶处理后高熵合金，并将制作成的高熵合金铸锭切割成长方体，尺寸的长宽高分别为：25～30cm；25～30cm；30～35cm；
[0011]2)对步骤1)得到的所述高熵合金铸锭进行调质处理：
[0012]201)淬火处理：将所述的高熵合金铸锭加热至950～1150℃，并保温80～120min，随后随炉冷却至室温；
[0013]202)高温回火处理：将所述的高熵合金铸锭加热至500～650℃，保温60～90min，随炉冷却；
[0014]3)对步骤2)得到的高熵合金进行热锻处理，热锻温度为900～1100℃，终锻厚度控制在20～28mm，并在室温下冷却；
[0015]4)对步骤3)得到的高熵合金热锻坯在室温下进行轧制，道次压下量为15～25mm，总压下率≥75％，即得高耐磨性块状高熵合金，即热处理态高熵合金；
[0016]其中，步骤1)中，所述高熵合金铸锭的化学成分及对应的质量百分比为：Ti：10.5～12.5wt.％，B：0.5～1.5wt.％，Cr：21.5～23.5wt.％，Ni：38～40wt.％，Al：0～12.5wt.％，其余为Fe和部分不可避免的杂质，其中，10≤Ti+B≤15(wt.％)，55≤Cr+Ni≤65(wt.％)，0.5≤Fe/Ti≤2.5(质量百分比之比)，各组分质量百分比总和为100％。
[0017]上述技术方案：
[0018]所采用的高熵合金，本身具有更加优良的强度、塑韧性和耐磨性。
[0019]经过上述包含调质、热锻和冷轧的热处理，与直接得到的固溶处理后高熵合金相比，热处理态高熵合金成分偏析减弱，成分分布更加均匀，具有更加优良的强度、塑韧性和耐磨性。
[0020]基于上述技术方案，获得厚度为3～5mm的高熵合金冷轧板。本专利技术通过反复熔炼技术避免固溶处理后高熵合金偏析现象的产生，并通过热处理工艺使得高熵合金具有良好的强度和塑韧性，消除合金内部残余应力，改善合金切削性能，获得成分均匀的且较常规钢更为细小的晶体结构组织，热处理后的合金相较固溶处理后合金硬度和耐磨性能提高2～3倍。
[0021]具体的，步骤1)中：采用纯度≥99.99％的各原料作为所述高熵合金铸锭的原材料。
[0022]进一步的，步骤1)中，先使用600#～800#的砂纸对高熵合金铸锭进行打磨，去除铸锭表面氧化层，再进行切割；
[0023]具体的，步骤1)中，按照所述高熵合金铸锭的化学成分和含量配料，采用真空电弧熔炼炉熔炼，然后置于模具中成型，并对所得高熵合金铸体进行加热固溶处理，即得所述的高熵合金铸锭。
[0024]所述的真空电弧熔炼炉熔炼的条件范围为：
[0025]炉内抽真空(2～10)
×
10
‑3Pa，并按Al、Ni、Fe、Ti、Cr、B的顺序从下往上排放；
[0026]熔炼电流为200～500A，熔炼时间为40～200min，并反复熔炼至少3次。
[0027]所述的加热固溶处理的条件范围为：在600～1500℃下的高温氧化炉中进行固溶
处理60～180min。
[0028]进一步的，步骤3)中，先对高熵合金铸锭采用600#和800#砂纸打磨，再进行热锻处理。
[0029]具体的，步骤4)中：轧制步骤中，冷轧板的终轧厚度为3～5mm。
[0030]本专利技术还提供了根据上述高耐磨性块状高熵合金热处理方法制备得到的高耐磨性块状高熵合金。
[0031]本专利技术还提供了根据上述高耐磨性块状高熵合金的应用，用于制备高耐磨性刀具和模具。
[0032]进一步的，对得到的高熵合金冷扎板进行如下步骤：
[0033]5)对高熵合金冷扎板进行切割，切割尺寸为(30～60)
×
(20～80)
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨性块状高熵合金热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用真空电弧熔炼技术制备高熵合金铸锭，并将制作成的高熵合金铸锭切割成长方体，尺寸的长宽高分别为：25～30cm；25～30cm；30～35cm；2)对步骤1)得到的所述高熵合金铸锭进行调质处理：201)淬火处理：将所述的高熵合金铸锭加热至950～1150℃，并保温80～120min，随后随炉冷却至室温；202)高温回火处理：将所述的高熵合金铸锭加热至500～650℃，保温60～90min，随炉冷却；3)对步骤2)得到的高熵合金进行热锻处理，热锻温度为900～1100℃，终锻厚度控制在20～28mm，并在室温下冷却；4)对步骤3)得到的高熵合金热锻坯在室温下进行轧制，道次压下量为15～25mm，总压下率≥75％，即得高耐磨性块状高熵合金；其中，步骤1)中，所述高熵合金铸锭的化学成分及对应的质量百分比为：Ti：10.5～12.5wt.％，B：0.5～1.5wt.％，Cr：21.5～23.5wt.％，Ni：38～40wt.％，Al：0～12.5wt.％，其余为Fe和部分不可避免的杂质，其中，10≤Ti+B≤15(wt.％)，55≤Cr+Ni≤65(wt.％)，0.5≤Fe/Ti≤2.5，各组分质量百分比总和为100％。2.根据权利要求1所述的高耐磨性块状高熵合金热处理方法，其特征在于，步骤1)中：采用纯度≥99.99％的各原料作为所述高熵合金铸锭的原材料。3.根据权利要求1所述的高耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开明，杨立夫，
申请(专利权)人：材谷金带佛山金属复合材料有限公司中能华源智能装备研究设计院青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：