一种提高难熔高熵合金室温拉伸塑性的方法与流程

本发明是一种提高难熔高熵合金室温拉伸塑性的方法，所述难熔高熵合金为铸态alcrnbmotatihf合金，属于金属材料。

背景技术：

1、由难熔元素组成的难熔高熵合金具有优异的高温性能等优点，是极有潜力的新型耐高温金属材料，但难熔高熵合金为典型的bcc晶体结构，普遍存在室温塑性不足的问题。alcrnbmotatihf高熵合金是难熔高熵合金中一类重要的高温结构材料，未来可作为铸件应用于航空航天耐高温部件中，与其他体系难熔高熵合金相似，也存在室温塑性不足的问题。

2、目前，针对难熔高熵合金室温塑性不足问题主要采用合金成分调控，除了成分调控外，塑性变形和热处理也是提高难熔高熵合金室温拉伸塑性的重要途径，但上述措施均不能有效提高铸态难熔高熵合金室温拉伸塑性。

技术实现思路

1、本发明为了克服以上技术不足而提供了一种提高难熔高熵合金室温拉伸塑性的方法，该方法针对的难熔高熵合金为铸态alcrnbmotatihf合金。该方法首先通过调节组元配比初步获得室温塑性较为良好的alcrnbmotatihf难熔高熵合金成分，再通过热等静压与热处理同步处理的方法，进一步提高该铸态难熔高熵合金的室温拉伸塑性。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、本发明所述的提高难熔高熵合金室温拉伸塑性的方法中针对的难熔高熵合金为铸态alcrnbmotatihf合金，该alcrnbmotatihf合金的摩尔表达式为alacrbnbcmodtaetifhfg，其中：a＝2～8，b＝2～6，c＝18～28，d＝4～9，e＝6～14，f＝30～40，g≥15，8<a+b+d<16，a+b+c+d+e+f+g＝100；

4、该发明技术方案首先通过调节组元配比初步获得室温塑性较为良好的alcrnbmotatihf难熔高熵合金成分，上述合金成分的确定过程描述如下：

5、前期研究发现，当alcrnbmotatihf难熔高熵合金中al元素含量超过8at％时，al元素会导致合金晶格畸变增大，并易于析出脆性相a2，导致该高熵合金室温/高温塑性都明显降低，尤其是室温拉伸塑性低至不足0.5％，但为了保证该高熵合金具有一定的抗氧化能力，al元素含量最终确定为2～8at％。

6、当该高熵合金中cr元素含量超过6at％时，合金中laves相体积分数超过25％，且聚集成片状导致其与基体变形协调能力变差，该高熵合金室温拉伸塑性不足2％，为了保证该高熵合金具有一定的抗氧化能力，cr元素含量最终确定为2～6at％。

7、当该高熵合金中mo元素超过9at％时，mo元素的晶格畸变强化作用过大，使得基体室温连续变形能力急剧下降，导致该高熵合金室温拉伸塑性不足4％；虽然mo元素含量降低能够提高合金室温塑性，但是当mo含量低于4at％时，mo元素所带来的晶格畸变强化作用不明显，导致高熵合金室温强度低于948mpa，因此mo含量最终确定为4～9at％。

8、前期研究还发现，al、cr和mo含量如果都同时取上限(al含量为8at％，cr含量为6at％，mo含量为9at％)的话，三种元素协同所致的晶格畸变作用更强，导致该难熔高熵合金的室温拉伸塑性低于5％。进一步通过多次实验研究与验证，当al、cr和mo元素总和不高于16at％时，可以保证该难熔高熵合金具有良好的室温拉伸塑性，其平均值不低于10％。

9、hf元素对alcrnbmotatihf难熔高熵合金室温拉伸塑性的影响也非常显著。前期研究发现，hf元素含量低于15at％时，该高熵合金室温拉伸塑性显著降低，延伸率不足5％。反之，当hf元素不低于15at％时，该高熵合金基体中析出高熔点白色富hf相，该析出相能够有效分散室温拉伸变形时bcc基体中的应力集中，增强变形协调性，进而使得高熵合金室温拉伸塑性明显提高。因此，该难熔高熵合金中hf元素含量应不低于15at％。

10、本发明技术方案针对该种alcrnbmotatihf合金的制备过程包括热等静压与热处理同步进行，其工艺步骤如下：

11、步骤一、根据该种alcrnbmotatihf合金的摩尔表达式，将各组元的摩尔百分比转化为重量百分比，称取金属单质al、cr、nb、mo、ta、ti和hf，利用电磁悬浮熔炼炉将金属原料熔化后得到高熵合金锭，然后对合金锭进行3～6次翻转熔炼并缓慢冷却，得到铸态alcrnbmotatihf高熵合金锭；

12、步骤二、将步骤一所制备的铸态alcrnbmotatihf高熵合金锭置于热等静压设备中，先升温至600～800℃，保温2～4h后，再以升温升压的方式升温至1160～1250℃、以不低于100mpa进行热等静压处理，并保温1～2h；

13、步骤三、之后在保压状态下停止加热，将铸态alcrnbmotatihf高熵合金锭随炉缓冷至1000～1050℃，然后卸压并快速冷却至室温。

14、进一步，步骤一中所述金属单质al、cr、nb、mo、ta、ti和hf的原料纯度均大于99.9％。

15、进一步，步骤二中所述热等静压的压力范围为120～180mpa。

16、进一步，步骤三中所述随炉缓慢的冷速为60～100℃/h。

17、本发明技术方案在合金成分优化与实验验证后，alcrnbmotatihf高熵合金具有良好室温拉伸塑性的材料属性。但是，熔铸后的难熔高熵合金铸锭存在内部铸造缺陷，在室温拉伸过程中铸造缺陷容易作为裂纹源而导致试样过早断裂。而且，实验验证用高熵合金铸锭尺寸较小，而工程用高熵合金铸锭尺寸较大，这必然导致铸锭内部缺陷数量增多，部分区域内部缺陷体积增大，进而造成大尺寸铸锭室温拉伸塑性数据离散程度增大。而热等静压技术通过一定温度、压力和时间下的三向压应力作用，能够最大程度地闭合铸态难熔高熵合金内部缺陷，防止试样过早断裂，减少拉伸塑性数据的离散度。

18、除了热等静压技术外，考虑到具有良好室温塑性的alcrnbmotatihf高熵合金具有低熔点相和高熔点相的特点，还需要匹配相应的热处理，即在低温段回溶低熔点相+高于高熔点相10～20℃的高温段回溶高熔点相，再通过高温热处理后的缓冷处理析出较为粗大的高熔点富hf相。只有通过配套的热等静压+热处理工艺，才能发挥铸态alcrnbmotatihf高熵合金材料室温拉伸最大的潜能，达到甚至超出合金成分设计优化的预期效果。

19、本发明将热等静压和热处理同步处理，既可以保证该难熔高熵合金进行相应的热处理，还能有效闭合铸态高熵合金的内部缺陷，可以极大地提高铸态高熵合金室温拉伸塑性。前期实验结果表明，熔铸后的alcrnbmotatihf高熵合金的室温拉伸塑性为11.8％，经热等静压和热处理同步处理后该成分高熵合金的室温拉伸塑性为15.9％，可见热等静压和热处理同步处理后室温拉伸塑性提高了34.7％。

20、此外，热等静压和热处理同步处理工艺方法流程短，生产效率高，能耗成本低，为进一步提高铸态alcrnbmotatihf高熵合金室温拉伸塑性提供新路径。

21、本发明技术方案有益的技术效果可以总结为以下几点：

22、一、本发明通过合理的成分设计，控制cr元素含量以减少基体中有害相laves等的析出量，控制al、mo含量以提高基体室温连续变形能力，提高hf元素含量来增加有益富hf相的含量以增强变形协调性，从而提高铸态alcrnbmotatihf难熔高熵合金的室温拉伸塑性。

23、二、本发明通过匹配的热等静压与热处理同步处理的方法，既可以最大程度闭合铸态难熔高熵合金的内部缺陷，同时还可以通过低温+高温两段回溶与缓冷的热处理增加有益富hf相，进而提高铸态高熵合金的室温拉伸塑性。该工艺方法流程短，生产效率高，能耗成本低，为进一步提高铸态alcrnbmotatihf高熵合金室温拉伸塑性提供新路径。

24、三、本发明方法也适用于提高其他铸态难熔高熵合金体系的室温拉伸塑性，其热等静压于热处理同步处理方法也适用于提高激光增材态其他难熔高熵合金体系的室温拉伸塑性。