阅读说明：本技术 一种高强塑积中熵合金带材的制备方法 (Preparation method of high-strength-ductility medium-entropy alloy strip ) 是由 衣海龙 徐伟 杨寿奎 杨康 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明的一种高强塑积中熵合金带材的制备方法,属于金属板带材轧制与热处理技术领域,制备过程为：按成分比例,制备(FeCoNi)<Sub>76-</Sub><Sub>84</Sub>Ti<Sub>8-12</Sub>Al<Sub>8-12</Sub>中熵合金作坯料,加热至1150-1250℃,保温45-60min,降温至950-1050℃,恒温轧制后淬火至室温,475-525℃保温20-40min,恒温轧制,应变速率为10-20s<Sup>-1</Sup>,应变量为50％-60％,轧后淬火至室温,经室温冷轧,总变形量为70％-80％,得到1-3mm厚冷轧板材,780-820℃下退火保温45-60min后,淬火至室温,制得带材产品。该工艺结合特定的热轧、冷轧及热处理工艺制备方法,获得的中熵合金带材具有更高的强塑积,该制备方法流程简单,可操作性强,可为批量化生产高强塑积板带材提供高效的制备工艺。(The invention discloses a preparation method of a high-strength-plasticity medium-entropy alloy strip, belonging to the technical field of rolling and heat treatment of metal plates and strips, and the preparation process comprises the following steps: preparing (FeCoNi) according to the component proportion 76‑ 84 Ti 8‑12 Al 8‑12 Heating the medium entropy alloy as a blank to 1150-1250 ℃, preserving heat for 45-60min, cooling to 950-1050 ℃, quenching to room temperature after constant temperature rolling, preserving heat for 20-40min at 475-525 ℃, and rolling at constant temperature with the strain rate of 10-20s ‑1 The strain is 50-60%, quenching is carried out to room temperature after rolling, the total deformation is 70-80% after cold rolling at room temperature, a cold-rolled plate with the thickness of 1-3mm is obtained, annealing and heat preservation are carried out at 780-dash 820 ℃ for 45-60min, and then quenching is carried out to room temperature, and a strip product is prepared. The process is combined with a specific hot rolling, cold rolling and heat treatment process preparation method, the obtained medium-entropy alloy strip has a higher product of strength and elongation, the preparation method is simple in flow and strong in operability, and can be used for batch productionThe high-strength plastic laminated plate strip provides an efficient preparation process.)

一种高强塑积中熵合金带材的制备方法

技术领域：

本发明属于金属板带材轧制与热处理技术领域，具体涉及一种高强塑积中熵合金带材的制备方法。

背景技术：

近年来高熵合金设计理念的提出，突破了以单一元素为主的传统合金设计理论，而且，高熵合金材料具有显著的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应等综合作用，为高强度、高塑性、耐腐蚀性及耐磨性等材料研发提供了新的思路。与多组元高熵合金相比，中熵合金以三元或四元合金为主，并通过添加少量其他合金元素获得强度、塑性或耐腐蚀等综合性能的提升，尽管主要合金组元有所减少，但其潜在的优异综合性能仍吸引了航空航天、汽车行业及核能行业等工业领域的广泛关注。从中熵合金现有及潜在的应用领域分析，与凝固态、烧结态等最终使用形态相比，板带材具有更加广泛的应用前景，且板带轧制与热处理工艺流程生产效率高，为批量制备高附加值中熵合金提供了更加高效的生产工艺流程。

以FeCoNi为主的析出强化型中熵合金，在完全退火状态下具有良好的塑性，但其强度偏低，由于其本身为FCC结构，采用细晶强化和析出强化尽管能够提高其强度，但会显著降低其塑性，而且，大量的研究工作表明，常规的细晶强化工艺提升幅度有限。因此，传统方法制备方法，大幅度提升中熵合金强塑积的工艺手段有限，很难最大程度发挥其材料本身的潜力。

中国专利文献CN108677077A和CN110541103A分别报道了一种高比强度高塑性的难熔高熵合金及其制备方法和一种高强度高塑性的四元难熔高熵合金及其制备方法，对复杂合金元素的熔炼工艺进行了详细描述。中国专利文献CN110863124A报道了一种高强度高塑性中熵合金及其制备方法，其成分为Cu：45％～58％、Mn：22％～30％、Ni：10％～15％、Al：3％～8％、Y：0.5％～2％，其制备步骤为前处理→冶炼合金→压铸。上述专利均未涉及后续轧制与热处理工艺流程。

中国专利文献CN110499451A报道了一种高强高塑耐磨高熵合金及其制备方法，其成分为Fe：54％～56％、Co：9％～11％、Ni：9％～11％、Cr：9％～11％、Mo：4％～6％、V：4％～6％、C：4％～6％，其制备步骤为浇铸→均匀化→热轧→退火，并对热轧工艺和退火工艺参数进行了限定，基于奥氏体的位错滑移和机械孪生提高塑性和韧性，而通过调控碳化物提高强度及耐磨性能，但这里涉及的为多组元的高熵合金，且其对应的抗拉强度偏低，该专利侧重提升高熵合金的耐磨性能，其实际耐磨性能达到了M2高速钢的80％。

综上所述，对于FCC结构的中熵合金来说，尤其对板带材来说，其调控强塑积的制备方法较为单一，很难较大幅度的提升材料的综合性能。

发明内容

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本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，为了最大程度提升中熵合金板带材的强塑积，提供了高强塑积中熵合金带材的制备方法，该方法适合于FCC体系析出强化型中熵合金，可连续高效的制备高强塑性的中熵合金板带材，可广泛应用于汽车行业、核能行业等板材应用领域，并为其他高强塑高熵合金板带材的制备提供参考。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强塑积中熵合金带材，具体为(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12带材，所述的高强塑积中熵合金带材中包括再结晶晶粒和未再结晶晶粒，二者质量占比为：再结晶晶粒60％-70％，未再结晶晶粒30％-40％。

所述的高强塑积中熵合金带材抗拉强度为2000-2100MPa，塑性为40％-50％，强塑积达到84-100GPa％。

所述的高强塑积中熵合金带材的制备方法，包括步骤如下：

(1)按成分比例，制备(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12中熵合金作坯料，其Fe、Co及Ni原子百分比为1：1：1；加热至1150-1250℃，保温45-60min后，降温至950-1050℃后，进行高温恒温轧制，应变速率为0.01-0.02s^-1，轧制后淬火至室温，获得高温轧后板材；

所述的步骤(1)中，加热保温后坯料中奥氏体晶粒尺寸为100-150μm；经过高温恒温轧制后，其发生部分再结晶，其中再结晶发生比例为60％-70％，再结晶晶粒尺寸为3-5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织。

(2)将高温轧后板材在475-525℃加热炉中保温20-40min，然后进行中温恒温轧制，应变速率为10-20s^-1，应变量为50％-60％，轧制后淬火至室温，获得中温轧后板材；

(3)将中温轧后板材经室温冷轧，总变形量为70％-80％，得到厚度为1-3mm的冷轧板材；

(4)将冷轧板材在退火炉中加热，保温，然后淬火至室温，制得高强塑积中熵合金带材，其中，退火炉温度为780-820℃，退火保温时间为45-60min。

所述的步骤(4)中，冷轧板材经加热保温后，发生部分再结晶退火，其中再结晶发生比例为70％-80％，再结晶晶粒尺寸为1-3μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织。

所述的步骤(4)中，制备的高强塑积中熵合金带材中伴有Ni₃(Al,Ti)析出物，析出物尺寸为3-5nm。

本发明原理：通过特定的高温恒温轧制，制备具有部分再结晶组织特征的初始组织，后续结合中温轧制进行应变累计，这时，合金未发生再结晶，达到了显著的应变累计效果，结合后续的冷轧过程，显著提升了合金本身的应变储能。控制特定的退火工艺，在临界再结晶温度附近进行部分再结晶退火，兼顾了组织与析出调控工艺，利用细晶强化和析出强化及不同晶粒尺寸组织的协同变形机制获得了中熵合金带材的高强高塑性能。

本发明的有益效果：

本发明的制备工艺结合特定的热轧、冷轧及热处理工艺制备方法，获得的(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12析出强化型中熵合金具有更高的强塑积，该制备方法流程简单，可操作性强，可为批量化生产高强塑积板带材提供高效的制备工艺。

具体实施方式

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下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种高强塑积中熵合金带材，具体为(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12带材，所述的高强塑积中熵合金带材中包括再结晶晶粒和未再结晶晶粒，二者质量占比为：再结晶晶粒60％-70％，未再结晶晶粒30％-40％。

高强塑积中熵合金带材的制备方法，包括步骤如下：

(1)选取(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12中熵合金作坯料，其Fe、Co及Ni原子百分比为1：1：1；加热至1150-1250℃，保温45-60min后，坯料中奥氏体晶粒尺寸为100-150μm，降温至950-1050℃后，进行高温恒温轧制，应变速率为0.01-0.02s^-1，高温轧制后，坯料发生部分再结晶，其中再结晶发生比例为60％-70％，再结晶晶粒尺寸为3-5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，轧制后淬火至室温，获得高温轧后板材；

(2)将高温轧后板材在475-525℃加热炉中保温20-40min，然后进行中温恒温轧制，应变速率为10-20s^-1，应变量为50％-60％，轧制后淬火至室温，获得中温轧后板材；

(3)将中温轧后板材经室温冷轧，总变形量为70％-80％，得到厚度为1-3mm的冷轧板材；

(4)将冷轧板材在退火炉中加热，保温，发生部分再结晶退火，其中再结晶发生比例为70％-80％，再结晶晶粒尺寸为1-3μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，然后淬火至室温，制得高强塑积中熵合金带材，其中，退火炉温度为780-820℃，退火保温时间为45-60min，制备的高强塑积中熵合金带材中伴有Ni₃(Al,Ti)析出物，析出物尺寸为3-5nm，带材抗拉强度为2000-2100MPa，塑性为40％-50％，强塑积达到84-100GPa％。

实施例1

一种高强塑积中熵合金带材，具体为(FeCoNi)₇₆Ti₁₂Al₁₂带材，所述的高强塑积中熵合金带材中包括再结晶晶粒和未再结晶晶粒，二者质量占比为：再结晶60％-70％，未再结晶30％-40％。

高强塑积中熵合金带材的制备方法，包括步骤如下：

(1)选取(FeCoNi)₇₆Ti₁₂Al₁₂中熵合金作坯料，厚度为30mm，其Fe、Co及Ni原子百分比为1：1：1；加热至1150℃，保温60min后，坯料中奥氏体晶粒尺寸为100-120μm，降温至950℃后，进行高温恒温轧制，应变速率为0.01s^-1，高温轧制后，坯料发生部分再结晶，其中再结晶发生比例为60％，再结晶晶粒尺寸为3-3.5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，轧制后淬火至室温，获得高温轧后板材，厚度为10mm；

(2)将高温轧后板材在475℃加热炉中保温40min，然后进行中温恒温轧制，应变速率为10-20s^-1，应变量为50％，轧制后淬火至室温，获得中温轧后板材，厚度为5mm；

(3)将中温轧后板材经室温冷轧，总变形量为75％，得到厚度为1.5mm的冷轧板材；

(4)将冷轧板材在退火炉中加热，保温，发生部分再结晶退火，其中再结晶发生比例为70％，再结晶晶粒尺寸为1-1.5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，然后淬火至室温，制得高强塑积中熵合金带材，其中，退火炉温度为780℃，退火保温时间为60min，制备的高强塑积中熵合金带材中伴有Ni₃(Al,Ti)析出物，析出物尺寸为3-4nm，带材抗拉强度为2100MPa，塑性为40％，强塑积达到84GPa％。

实施例2

一种高强塑积中熵合金带材，具体为(FeCoNi)₈₄Ti₈Al₈带材，所述的高强塑积中熵合金带材中包括再结晶晶粒和未再结晶晶粒，二者质量占比为：再结晶60％-70％，未再结晶30％-40％。

高强塑积中熵合金带材的制备方法，包括步骤如下：

(1)选取(FeCoNi)₈₄Ti₈Al₈中熵合金作坯料，厚度为25mm，其Fe、Co及Ni原子百分比为1：1：1；加热至1250℃，保温45min后，坯料中奥氏体晶粒尺寸为120-140μm，降温至1050℃后，进行高温恒温轧制，应变速率为0.02s^-1，高温轧制后，坯料发生部分再结晶，其中再结晶发生比例为70％，再结晶晶粒尺寸为4.5-5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，轧制后淬火至室温，获得高温轧后板材，厚度为12.5mm；

(2)将高温轧后板材在525℃加热炉中保温20min，然后进行中温恒温轧制，应变速率为20s^-1，应变量为60％，轧制后淬火至室温，获得中温轧后板材，厚度为5mm；

(3)将中温轧后板材经室温冷轧，总变形量为80％，得到厚度为1mm的冷轧板材；

(4)将冷轧板材在退火炉中加热，保温，发生部分再结晶退火，其中再结晶发生比例为80％，再结晶晶粒尺寸为2.5-3μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，然后淬火至室温，制得高强塑积中熵合金带材，其中，退火炉温度为820℃，退火保温时间为45min，制备的高强塑积中熵合金带材中伴有Ni₃(Al,Ti)析出物，析出物尺寸为4-5.5nm，带材抗拉强度为2050MPa，塑性为45％，强塑积达到90GPa％。

实施例3

一种高强塑积中熵合金带材，具体为(FeCoNi)₈₀Ti₁₀Al₁₀带材，所述的高强塑积中熵合金带材中包括再结晶晶粒和未再结晶晶粒，二者质量占比为：再结晶60-70％，未再结晶30-40％。

高强塑积中熵合金带材的制备方法，包括步骤如下：

(1)选取(FeCoNi)_76-84Ti_8-12Al_8-12中熵合金作坯料，厚度为40mm，其Fe、Co及Ni原子百分比为1：1：1；加热至1200℃，保温50min后，坯料中奥氏体晶粒尺寸为140-150μm，降温至1000℃后，进行高温恒温轧制，应变速率为0.015s^-1，高温轧制后，坯料发生部分再结晶，其中再结晶发生比例为65％，再结晶晶粒尺寸为4-4.5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，轧制后淬火至室温，获得高温轧后板材，厚度为20mm；

(2)将高温轧后板材在500℃加热炉中保温30min，然后进行中温恒温轧制，应变速率为15s^-1，应变量为50％，轧制后淬火至室温，获得中温轧后板材，厚度为10mm；

(3)将中温轧后板材经室温冷轧，总变形量为70％，得到厚度为3mm的冷轧板材；

(4)将冷轧板材在退火炉中加热，保温，发生部分再结晶退火，其中再结晶发生比例为75％，再结晶晶粒尺寸为2-2.5μm，其余为压扁状态的未再结晶奥氏体组织，然后淬火至室温，制得高强塑积中熵合金带材，其中，退火炉温度为800℃，退火保温时间为50min，制备的高强塑积中熵合金带材中伴有Ni₃(Al,Ti)析出物，析出物尺寸为3-5nm，带材抗拉强度为2000MPa，塑性为50％，强塑积达到100GPa％。