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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:材料科學與工程 來源:材料科學與工程 分享至:

     高熵合金是一類較新的金屬材料,具有顯著的熱物理性能,至少包含四種主要元素。由于這些在合金設計和開發方面的轉變,這些合金所表現出的顯著特征使它們成為工程領域結構部件的潛在候選材料。考慮到高熵合金的非常規性質,對可加工性的研究非常重要,因為良好或較差的加工性能可以支持或阻礙這些材料在功能和/或結構領域中的應用。工業上最常用的制造工藝之一是焊接,在熔焊過程中發現非平衡凝固條件可以促進亞穩態和/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,對高熵合金異種焊接的研究很少,在異種熔焊過程中,兩種基材的混合可能促進有害相的形成,這取決于熔合區成分和熱循環結果,因此了解焊接對異種焊接接頭組織演變的影響是優化其性能、防止缺陷產生或不良相形成的關鍵。


    葡萄牙新里斯本大學的研究人員進一步擴展了目前關于高熵合金異種焊接的技術,通過激光焊接將CoCrFeMnNi高熵合金軋制板與316不銹鋼連接,對焊縫熱循環引起的組織演變及其對接頭性能的影響進行了全面評估。相關論文以題為“Dissimilar laser welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy to 316 stainless steel”發表在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。

    研究發現復合材料熔合區寬度的減小阻止了更明顯的晶粒長大。這種效應與電弧焊接過程中觀察到的相反,在電弧焊接過程中,熔合區寬度明顯更大,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,觀察到細小的晶粒細化。軋制態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,當接近熱影響區和熔合區時,會出現劇烈的變化。在高熵合金的熱影響區,硬度略有增加,達到375 HV。這是由于焊接熱循環引起的再結晶效應,導致該區域強度增加。

     
    圖1 接頭處、316不銹鋼側和CoCrFeMnNi側熱影響區/熔合區顯微組織圖、EBSD圖和元素分布圖 


    圖2 CoCrFeMnNi基材、316不銹鋼基材和熔合區的XRD結果


    圖3 CoCrFeMnNi基材、316不銹鋼基材和熔合區平均成分的Scheil計算

    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,熔合區顯微組織由單一FCC結構組成。本文觀察到鑄態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致了固溶強化。此外,該區域出現大尺寸柱狀晶粒,最終影響接頭的力學性能。焊接接頭的抗拉強度約為450 MPa,延伸率約為5%,顯示了這兩種不同類型的激光焊接接頭在結構上的潛在應用。本研究有益于理解和合理解釋焊縫熱循環對接頭性能以及微觀組織演變的影響。

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