銅與高熵合金電子束焊接接頭微觀組織與接頭性能研究.pdf

1、伴隨工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，銅與鋼的異種結(jié)構(gòu)件得到了廣泛的應(yīng)用，但是 Cu與Fe在固態(tài)時(shí)的互溶度很小，不論采用何種焊接方法，對(duì)Cu/鋼的直接焊接，會(huì)不可避免的產(chǎn)生液相分離或者焊接缺陷，這些因素對(duì)接頭的力學(xué)性能有很大的影響。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)了一種具有眾多優(yōu)良性能的新體系的合金-高熵合金。更重要的是，由于其具有高的混合熵，高熵合金對(duì)新組元有一定的固溶度，在一定范圍內(nèi)可以形成簡單的 FCC或者 BCC結(jié)構(gòu)。本課題將高熵合金 CoCrFeMnNi作為

2、焊接材料，研究該合金與Cu的電子束焊接接頭。首先，研究分析了不同 Cu含量對(duì)CoCrFeMnNiCux（x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2）高熵合金的微觀組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：不同 Cu含量的 CoCrFeMnNiCux高熵合金組織都為簡單的 FCC型固溶體結(jié)構(gòu)。該體系高熵合金具有良好的塑性。壓縮實(shí)驗(yàn)后，所有的合金柱變?yōu)楣臓?，沒有發(fā)生斷裂。這為Cu/CoCrFeMnNi高熵合金電子束焊接提供了依據(jù)。進(jìn)而研究了偏

3、束距離、焊接速度對(duì) Cu/CoCrFeMnNi高熵合金電子束焊接接頭的微觀組織和結(jié)合強(qiáng)度的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴偏束距離影響著焊縫熔池的融合比。隨著電子束由銅側(cè)偏向高熵合金側(cè)，焊縫熔池的高熵合金的貢獻(xiàn)量增加，銅的貢獻(xiàn)量減少。當(dāng)偏束距離為-0.2mm及0mm時(shí)，高熵合金側(cè)出現(xiàn)了銅的滲透裂紋。這是因?yàn)殂~對(duì)熔池的貢獻(xiàn)量較多，高熵合金界面處會(huì)有富銅相的存在。在焊接過程產(chǎn)生復(fù)雜內(nèi)應(yīng)力的作用下，富銅相會(huì)從高熵合金側(cè)的焊縫界面沿著高

4、熵合金的晶界向高熵合金母材滲透。不同偏束距離下，高熵合金側(cè)的組織為典型的柱狀晶，而銅側(cè)存在一個(gè)銅的過渡區(qū)。熔池中銅的含量對(duì)焊縫區(qū)的組織形貌有很大影響。所有焊接接頭焊縫區(qū)的組織都為FCC型固溶體相。拉伸后接頭在銅側(cè)發(fā)生斷裂。當(dāng)偏束距離0.6mm時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值225MPa。偏束距離對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響較小，但對(duì)應(yīng)變的影響較大，這與銅側(cè)軟化有關(guān)。所有接頭焊縫區(qū)的顯微硬度變化平緩，沒有出現(xiàn)明顯的突變。⑵焊接速度控制著焊接熱輸入。焊接速度

5、較大，電子束作用于母材的時(shí)間短，熱輸入較小，底部出現(xiàn)未焊透缺陷；焊接速度較小，電子束作用于母材的時(shí)間長，熱輸入大，底部焊透，但是上部焊縫區(qū)的缺損嚴(yán)重。不同焊接速度下，焊接接頭的組織分布極不均勻，但是銅對(duì)熔池的貢獻(xiàn)量少，靠近高熵合金側(cè)焊縫區(qū)一定距離 Cu的含量很少。高熵合金側(cè)的晶粒為柱狀晶，銅側(cè)出現(xiàn)了富銅的過渡區(qū)，這是高熵合金的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)導(dǎo)致的。焊縫區(qū)的晶粒為柱狀晶。平均晶粒尺寸的大小受焊接速度的影響。拉伸實(shí)驗(yàn)后，焊接速度為1200mm