【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料及其制备领域，具体涉及一种β相的高强zr系高熵合金丝材及其制备方法和应用。
技术介绍
1、高强韧合金丝材广泛应用于航母阻拦索、航空航天与深空探测关键装备中。随着高精尖技术不断突破，合金丝材的工作环境日渐苛刻，对其服役性能的极限提出了更高的要求。其中，zr系合金及其丝材是航空航天技术、核工业、医药领域最常用的工程材料之一。需要指出的是，传统α相结构的zr系合金的设计仅通过微量添加元素来其改善力学性能，普遍存在强度不足、塑性变形能力有限的短板，可挖掘的极限性能逐渐趋于瓶颈，提升空间有限，难以满足日益增长的性能需求。此外，传统α相结构的zr合金变形机制单一，难以通过单一冷变形工序实现大塑性变形，需辅以多道次去应力或再结晶退火，最终实现合金丝材的制备，工序冗长复杂，耗时费力。
技术实现思路
1、高熵合金是一类基于原子尺度“化学无序”开发的新材料，其通常包含3个及3个以上主导元素，已被证明众多优于传统合金的优异性能，如高强度、良好的强韧性匹配、良好的耐腐蚀及抗辐照能力，在航空航天、电子、能源等领域展现出巨大的发展潜力。高熵合金组成元素丰富，具备诱导多种耦合强韧化机制的条件，可实现强度-塑性的同步提升，具备突破传统合金性能极限的潜力，是一类新型的优势候选结构材料。为解决传统的α相zr系合金冷变形能力差、力学服役性能难以突破的问题，本专利技术基于高熵合金的设计理念，通过组成元素含量调控合金的组成相稳定性，设计开发了一类高强度且兼备良好冷加工变形能力的新型β相的高强zr系合金
2、本专利技术提供了一种β相的高强zr系高熵合金丝材及其制备方法和应用，本专利技术所述β相的高强zr系高熵合金丝材，在严格控制zr、ti、nb元素比例的基础上，进一步严格调控al元素含量，在保证凝固结构为单一β相的基础上，强化力学性能，获得高强度合金丝材；同时，单一固溶相结构可保证全程“冷轧+冷辊轧”冷加工制备工艺的实施，制备获得的合金丝材仅需终次的成品退火处理，丝材直径均匀，表面无连续缺陷，内部组织均匀。最终实现高强度高熵合金丝材的短流程、低能耗、高品质制备。
3、本专利技术具体包括以下内容：
4、一种β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)配料：按照zr 65at.％、ti 20at.％、nb 15at.％的原子配比进行配料，再加入占总原子量x at.％的al，所述0＜x＜10，得到合金原料；然后将合金原料清洗后烘干；
6、(2)熔炼和铸锭：将烘干后的原料进行熔炼后浇铸，得到合金铸锭；
7、(3)车削铣：将所述合金铸锭分切成长条形的合金条，然后对合金条进行铣面处理；
8、(4)冷辊轧：将铣面处理后的合金条进行型材冷辊轧，控制首次变形量＜10％，后续每道次压下量为10-20％、且每道次辊轧压下量依次下降，最终辊轧得到直径＜1.5mm的辊轧丝材；
9、(5)成品精轧：将所述辊轧丝材进行成品精轧，控制成品精轧道次为1～3次、每道次变形量小于5％，最终获得直径一致性良好的成品丝材，即的合金冷辊轧丝材，所述成品丝材的直径为0.5-1.5mm、抗拉强度＞1867mpa、塑性应变量为≥3.6％。
10、可选的，还包括步骤(6)成品热处理：将成品丝材置于450-700℃的真空环境中保温10-30min，需要指出的是，为保证达到丝材的强度与塑性之间的最佳匹配，本专利技术将热处理温度设定为0.3-0.45tm(tm:合金熔点)，即450-700℃，然后空冷或水冷。
11、需要注意的是，本专利技术所述β相的高强zr系高熵合金丝材的成品，即精轧后得到的合金冷辊轧丝材，是否经过退火处理，可以根据实际需要进行选择。
12、优选的，步骤(1)所述合金原料中各元素均采用纯度大于99.9％的纯金属颗粒。
13、优选的，步骤(1)所述合金原料的清洗方法为：采用超声清洗机依次使用丙酮、酒精、去离子水作为清洗剂进行清洗。
14、优选的，步骤(2)所述熔炼方法为：真空感应熔炼、真空电弧熔炼、和/或磁悬浮感应熔炼。
15、优选的，步骤(2)所述合金铸锭为3-10kg的圆柱形或立方形铸锭。
16、优选的，所述合金条为截面尺寸小于20mm×20mm的方条、或截面直径小于20mm的圆棒。
17、一种采用所述的β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法制备得到的β相的高强zr系高熵合金丝材。
18、一种所述的β相的高强zr系高熵合金丝材在航母阻拦索、航空航天与深空探测装备中的应用。
19、本专利技术的有益效果：
20、(1)为解决α相zr系合金冷变形能力差的问题，本专利技术设计了具有良好冷变形能力的β相的高强zr系高熵合金丝材。本专利技术所述β相的高强zr系高熵合金丝材，严格控制zr、ti、nb三种元素的原子比为65:20:15，可以获取单一β固溶体相结构，以保证合金冷变形加工能力。在此基础上，本专利技术加入al并严格调控al元素的总原子含量大于0％且小于10％，可以在保证合金冷变形能力的同时起到增强的作用，实现了丝材力学性能的强化。
21、(2)本专利技术在对合金丝材的组分进行设计的基础上，提供了一种专门针对本专利技术所述合金的丝材制备方法，首先进行型材冷辊轧，控制首次变形量＜10％，后续每道次压下量为10-20％、且每道次辊轧压下量依次下降，最终辊轧得到直径＜1.5mm的辊轧丝材；然后，将所述棍扎丝材进行成品精轧，控制成品精轧道次为1～3次、每道次变形量小于5％，最终获得直径一致性良好的成品丝材，所述成品丝材的直径为0.5-1.5mm、抗拉强度≥1867mpa、塑性应变量为≥3.6％。
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1.一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，还包括步骤(6)成品热处理：将成品丝材置于450-700℃的真空环境中保温10-30min，然后空冷或水冷。
3.根据权利要求1所述的一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述合金原料中各元素均采用纯度大于99.9％的纯金属颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述合金原料的清洗方法为：采用超声清洗机依次使用丙酮、酒精、去离子水作为清洗剂进行清洗。
5.根据权利要求1所述的一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔炼方法为：真空感应熔炼、真空电弧熔炼、和/或磁悬浮感应熔炼。
6.根据权利要求1所述的一种β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述合金铸锭为3-10Kg的圆柱形或立方形铸锭。
7.根据权利要求1-6任一项
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的β相的高强Zr系高熵合金丝材的制备方法制备得到的β相的高强Zr系高熵合金丝材。
9.一种权利要求8所述的β相的高强Zr系高熵合金丝材在航母阻拦索、航空航天与深空探测装备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，还包括步骤(6)成品热处理：将成品丝材置于450-700℃的真空环境中保温10-30min，然后空冷或水冷。
3.根据权利要求1所述的一种β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述合金原料中各元素均采用纯度大于99.9％的纯金属颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种β相的高强zr系高熵合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述合金原料的清洗方法为：采用超声清洗机依次使用丙酮、酒精、去离子水作为清洗剂进行清洗。
5.根据权利要求1所述的一种β相的高强zr系...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫薛卉，朱宝宏，邱昊辰，吴帅帅，姜威，郭胜利，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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