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  2. 《Scripta Mater》:高熵合金與316不銹鋼的異種激光焊接!
    2022-03-24 16:13:30 作者:材料科學(xué)與工程 來(lái)源:材料科學(xué)與工程 分享至:

     高熵合金是一類(lèi)較新的金屬材料,具有顯著的熱物理性能,至少包含四種主要元素。由于這些在合金設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方面的轉(zhuǎn)變,這些合金所表現(xiàn)出的顯著特征使它們成為工程領(lǐng)域結(jié)構(gòu)部件的潛在候選材料。考慮到高熵合金的非常規(guī)性質(zhì),對(duì)可加工性的研究非常重要,因?yàn)榱己没蜉^差的加工性能可以支持或阻礙這些材料在功能和/或結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的應(yīng)用。工業(yè)上最常用的制造工藝之一是焊接,在熔焊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)非平衡凝固條件可以促進(jìn)亞穩(wěn)態(tài)和/或有害相的形成,這取決于所加工的材料。CoCrFeMnNi合金具有良好的可焊性,對(duì)高熵合金異種焊接的研究很少,在異種熔焊過(guò)程中,兩種基材的混合可能促進(jìn)有害相的形成,這取決于熔合區(qū)成分和熱循環(huán)結(jié)果,因此了解焊接對(duì)異種焊接接頭組織演變的影響是優(yōu)化其性能、防止缺陷產(chǎn)生或不良相形成的關(guān)鍵。


    葡萄牙新里斯本大學(xué)的研究人員進(jìn)一步擴(kuò)展了目前關(guān)于高熵合金異種焊接的技術(shù),通過(guò)激光焊接將CoCrFeMnNi高熵合金軋制板與316不銹鋼連接,對(duì)焊縫熱循環(huán)引起的組織演變及其對(duì)接頭性能的影響進(jìn)行了全面評(píng)估。相關(guān)論文以題為“Dissimilar laser welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy to 316 stainless steel”發(fā)表在Scripta Materialia。

    論文鏈接:
    https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114219


    本文以冷軋等原子CoCrFeMnNi高熵合金薄板和316不銹鋼為基體材料。CoCrFeMnNi在室溫下軋制減薄50%后得到1.5mm厚板材。316不銹鋼的厚度為1.6 mm,先熱軋后冷軋得到。CoCrFeMnNi合金基體材料由寬度約為2μm的片狀晶粒組成,而不銹鋼基材由平均晶粒尺寸為8 μm的近等軸晶粒組成。

    研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料熔合區(qū)寬度的減小阻止了更明顯的晶粒長(zhǎng)大。這種效應(yīng)與電弧焊接過(guò)程中觀察到的相反,在電弧焊接過(guò)程中,熔合區(qū)寬度明顯更大,從而允許更大的晶粒形成。需要注意的是,在316不銹鋼的熱影響區(qū),觀察到細(xì)小的晶粒細(xì)化。軋制態(tài)CoCrFeMnNi高熵合金具有高硬度(>350HV);而316不銹鋼的顯微硬度(175HV)較低。然而,當(dāng)接近熱影響區(qū)和熔合區(qū)時(shí),會(huì)出現(xiàn)劇烈的變化。在高熵合金的熱影響區(qū),硬度略有增加,達(dá)到375 HV。這是由于焊接熱循環(huán)引起的再結(jié)晶效應(yīng),導(dǎo)致該區(qū)域強(qiáng)度增加。

     
    圖1 接頭處、316不銹鋼側(cè)和CoCrFeMnNi側(cè)熱影響區(qū)/熔合區(qū)顯微組織圖、EBSD圖和元素分布圖 


    圖2 CoCrFeMnNi基材、316不銹鋼基材和熔合區(qū)的XRD結(jié)果


    圖3 CoCrFeMnNi基材、316不銹鋼基材和熔合區(qū)平均成分的Scheil計(jì)算

    圖4 焊接接頭的顯微硬度圖以及不同接頭頂部和底部的顯微硬度曲線

    綜上所述,熔合區(qū)顯微組織由單一FCC結(jié)構(gòu)組成。本文觀察到鑄態(tài)基體材料的硬度有所增加,這可能是由于兩種基體材料的混合和316不銹鋼中碳的摻入導(dǎo)致了固溶強(qiáng)化。此外,該區(qū)域出現(xiàn)大尺寸柱狀晶粒,最終影響接頭的力學(xué)性能。焊接接頭的抗拉強(qiáng)度約為450 MPa,延伸率約為5%,顯示了這兩種不同類(lèi)型的激光焊接接頭在結(jié)構(gòu)上的潛在應(yīng)用。本研究有益于理解和合理解釋焊縫熱循環(huán)對(duì)接頭性能以及微觀組織演變的影響。

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