[发明专利]一种高熵合金高效控轧改性方法

说明书

本发明涉及一种专门针对金属材料通过塑性成形进行加工改性的技术方法，是一种专门针对晶格畸变严重，在变形过程中容易开裂的高熵合金的高效控轧塑性改性技术方法。本发明的目的主要在于：在已经较为成熟的金属轧制加工系统的前提下提出一种针对高熵合金服役要求的轧制加工及塑性改性方法。针对高熵合金的热加工特点，采用阶梯轧辊，根据辊径不同而调整高熵合金方向位置，来进行反复轧制的方法，有效控制变形过程中高熵合金材料内部的应力状态，抑制晶格畸变诱发的微裂纹的萌生与扩展，细化晶粒，提高综合力学性，实现高熵合金的有效改性和加工成型，轧制效率高，可显著提高生产效率并节省经济及时间成本。

技术领域

本发明属于金属材料通过塑性成形进行加工改性的技术方法，是一种专门针对晶格畸变严重，在变形过程中容易开裂的高熵合金的高效控轧塑性改性技术方法。

背景技术

金属材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，金属材料的每一次重大突破，都会给社会生产力带来鲜明的变革。最近一百多年来，金属材料得到了有史以来最快的发展。但同时我们也注意到，随着工业与科技的快速发展，材料的服役环境日趋严苛，人们对金属材料的物理和力学性能不断提出更高的要求，若要满足人们对材料的日益增长的使用要求，传统的金属材料亟待发展。

人们现在常用的传统合金是基于一种或两种元素作为主要元素，通过添加少量其它元素而形成的具有金属特性的金属材料。虽然人类在不同性能合金的发展上取得了丰硕的成果，但是，人们对合金的设计和对合金元素的选择仍旧以单一元素或者化合物为主，这种观念并未发生大的变化。在此背景下，材料的性能研究及材料应用大大受到限制。

高熵合金被认为是最近几十年来合金化理论的三大突破之一(另外两项分别是大块金属玻璃和橡胶金属)，是由5种或5种以上元素为主要元素，各主要元素含量为5～35％，以等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其它方法制成的具有高混合熵的新型合金材料。高熵合金独特的设计理念和和特殊的组织结构赋予了其许多优良的综合力学性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、抗高温氧化、高热稳定性等。

由于高熵合金由多元素组元组成，其铸态组织多以粗大的枝晶为主，这种组织结构会严重的影响高熵合金的综合性能。通过塑性加工可以破碎枝晶、细化晶粒，但是由于高熵合金中大原子半径组元的存在，导致其存在严重的晶格畸变，在塑性变形过程中容易开裂，裂纹的形成会严重影响材料的应用，这使得高熵合金后续的开发使用遭到了极大的限制。为了消除铸造缺陷，对高熵合金通常需要塑性改性。

轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙的高效材料加工方法，因受轧辊的压缩，材料截面减小，长度增加。其中热轧可以破坏锭坯的铸造组织，细化晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使组织密实，力学性能得到改善。

但经过热轧之后，材料厚向逐渐减小，长度方向不断伸长，可应用的几何尺寸受到限制，多道次轧制后只能作为板材使用，严重限制了高熵合金的工程应用范围。同时在轧制过程中，内部的夹杂物被压成薄片，出现分层现象，使得坯料沿厚度方性能恶化，并且有可能出现层间撕裂。

鉴于此，本发明提出一种专门针对高熵合金的简单且易实现的约束控轧塑性改性方法。通过对高熵合金锭坯施加充分多道次轧制加工，有效控制塑性加工过程中锭坯内部的应力及组织，在有效抑制高熵合金变形过程中微裂纹的萌生与扩展，细化晶粒的同时，实现材料几何尺寸可控，可循环变形的高熵合金高效改性方法。通过可循环高效轧制，改善高熵合金内部组织，提高成形性能，对于高熵合金的塑性加工与改性具有重要的意义和作用。此过程在现有普通轧机的基础上，仅需对轧辊结构进行简单改造即可实现，简单易行，易于推广应用。

发明内容