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科学家 高熵合金焊接方法和焊接机理的研究与综述（2）( 四 )

科学家 恒星 哈勃望远镜


中间图：不同类型的裂纹:(a)在TIG 焊接AlCoCrCu0.5FeNi CCA 时的枝晶间热裂纹(b)等原子 AlCoCrCuFeNi HEA进行焊接时 ， 在HAZ中的穿晶冷裂纹 。 下部图：等原子 AlCoCrCuFeNi HEA焊接时的裂纹: 光学照片显示TIG焊接的接头和HAZ (a) (b) 在枝晶间区域由于Cu偏析造成的HAZ裂纹的详细信息 。 同时 ， 沿熔融GBs的固化颗粒可以被较高的热输入和熔融金属的应力诱导收缩所破碎 。 因此 ， 焊缝的开裂灵敏度可以由金属的组成、内部微观结构和分离行为来确定 。 固化裂纹通常是在凝固范围较宽的金属和低熔点分离中 ， 焊接 。 由于张应力下的热收缩和/或凝固收缩 ， 固化裂纹可以提高边界的裂纹敏感性 。 Al0.5CoCrCu0.1FeNiHEAs激光焊接缝存在细小的凝固裂纹 ， 因为纳米级沉淀在高温下溶解 ， 可以增强合金的内在约束 ， 使其更容易受到焊接开裂的影响 。 需要从冶金因素的角度来优化焊接缝的性能 ， 以抑制裂纹的形成 。 此外 ， 还应调整焊接参数 ， 并利用焊接接头的后处理来优化焊接接头的微观结构和性能 。
退火、老化处理和喷丸喷丸化可以缓解残余应力 ， 预热也可以减少界面空隙的形成 。 结果表明 ， Al元素的含量会影响AlxCoCrFeNiHEA(x=0.6和0.8)的表面改性(EBW)的热裂解概率 。 Martin等人体内存在一些孔隙和细凝固裂纹 ， 进行了Al0.5CoCrCu0.1FeNiHEAs的LW实验 。 在LW过程中 ， 通过调整熔融池的宽度和深度 ， 可以消除焊接缝中的孔隙 。 高冷却的LW将促进固化裂纹和高应变的产生 。 通过减缓脉冲波形 ， 优化相关的LW参数 ， 可以消除和防止裂隙和孔隙等缺陷 。 为了研究HEAs焊接接头的性能 ， 我们总结了对HEAs焊接的研究成果 ， 如表1所示 。 缺陷的存在会影响焊接接头的性能 ， 降低焊接接头的使用寿命和应用范围 。 需要优化焊接参数 ， 以提高焊接接头的性能 。 不同HEAs的焊接接头的性能和焊接技术如表1所示 ， 这可以为进行HEAs的焊接提供参考 。 结果发现 ， 关于HEAs焊接的研究集中在HEAs的相似焊接和焊接接头具有良好的力学性能 ， 而HEAs的不同焊接却很少见 。 DB主要用于HEAs的不同焊接 ， 由于脆性相的形成和残余应力的存在 ， 焊接接头的性能并不理想 。 金属夹层可以用于减少HEAs不同DB中IMCs的形成 。 2.2.HEAs焊接接头的焊前和焊后处理材料的微观结构和性质可以通过热处理来控制 ， 而不改变材料的形状和组成 。 Moravcik等人发现 ， 具有高脆性的σ相在热处理后熔化为Al0.5CoCrCu0.1FeNi的面心立方相 ， 微结构均质 。 经过热处理后 ， 发现了Al0.5CoCrFeNiHEAs中纳米级B2相的沉淀 ， 提高了合金的屈服强度和极限抗拉强度 。 热处理（老化）后沉淀L12-Ni3（Ti、Al）增强相 ， 通过硬化机构（沉淀强化）提高(CoCrFeNi)94Al4Ti2HEAs的延展性 ， 使材料屈服强度从503MPa提高到1005MPa 。 因此 ， 通过热处理可以提高材料的性能 。 焊预处理已由许多研究人员进行 。 Nam等人采用不同的焊前处理来调整LW前Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2的微观结构 。 HEAs在1100?C下均质24h ， 用空气冷却法制作铸造HEAs ， 然后用热轧法处理HEAs 。 LW后发现 ， 由简单面心立方相组成的轧制HEAs焊接接头具有较好的抗拉强度和硬度 。 铸制HEAsWM的DAS高于轧制HEAs ， 但铸制HEAs的粒度明显大于轧制HEAs 。 与轧制型钢相比 ， 铸型钢的强度较低 ， 伸长率较大 。 因此 ， 热轧可以改善其微观结构和组织性能并且对焊接件有积极的影响 。 CrMnFeCoNiHEAs在1200?C下均质处理24h ， 然后淬灭以促进化学均匀性 。 此外 ， 还通过冷轧和退火处理 ， 获得了等粒度再结晶的微观结构 。 大部分颗粒含有退火的双胞胎 ， 这有助于随后的HEAs[12
的EBW 。 对FeCrNiCoMnHEAs的退火热处理(900?C；90min)使晶粒大小均匀 ， 平均晶粒大小约为25.4μm 。 此外 ， 还产生了退火双边界和{100<001>再结晶结构 。 双子边界的出现可以抑制位错的增强 ， 促进晶粒的成核 ， 从而提高合金的应变硬化和延展性 。 由单面心立方相组成的原铸型Co16Fe28Ni28Cr28的HEAs冷轧退火获得等轴晶粒 ， HEAs具有良好的延伸率（约70%）和强度 ， 这有助于合金的FSW 。 因此 ， 材料的微观结构可以通过预焊接处理进行调整 ， 这可以细化晶粒 ， 产生双晶粒 ， 并减少随后的局部硬化 。 焊接缺陷 ， 如残余应力、成分分离等 ， 很容易产生 ， 会损坏HEAs的焊接接头 。 需要对焊接件进行后处理 ， 以达到对其微观结构和性能进行调节和调整的目的 。 热处理可降低焊接的残余应力和氢脆化 。 目前 ， 关于HEAs焊后热处理的研究较少 。 对LW制备的Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2进行了退火处理 ， 研究退火处理对焊接接头性能的影响 。 与BM相比 ， 焊缝的晶粒尺寸更大 ， 氧化物较小 ， 性能较差 。 焊后热处理后 ， 焊缝与横向焊接缝的硬度和抗拉强度差异降低 ， 降低了CrMn氧化物的分数和尺寸 。 焊后热处理可以减小焊缝中粒度的变化 。 因此 ， 焊后热处理可以优化焊缝的微观结构 ， 有必要应用该方法来提高HEAs焊接接头的性能 。 2.3.HEAs不同焊接方法的优化2.3.1.无金属插层的HEAs的不同焊接HEAs的类似焊接已经得到了广泛的研究 ， 而异质焊接较少 。 不同金属制造的焊接件在工业应用中往往需要 ， 可以利用金属来提高金属的利用率 ， 满足航空航天、运输、海上作业等的需要 。 关于HEAs的不同焊接的研究较多 ， 有待进一步探索 。 由单面心立方相CoCrFeMnNi在HEAs时具有低堆叠断层能、良好的处理性能、导电率高、高导热率 。 CoCrFeMnNi的DB成功经过HEAs ， 形成了由含有Cu元素的面心立方固体溶液组成的界面层 。 在AlCoCrFeNi2.1和TiAl合金的数据库中 ， Li等人发现TiAl附近的扩散层比HEAs附近的扩散层更粗糙 。 b2相与TiAl之间的扩散层存在凸形结构 。 得到了凸结构和渗透促进的联锁效应界面现象 ， 提高了焊接缝的剪切强度 。 同样 ， Lei等人在不同温度下对Al0.85CoCrFeNi和TiAl合金进行了DB处理 ， 由连续镍基固体溶液组成的界面可以减少冷却过程中残余应力对焊接缝的负面影响 。 结果表明 ， HEAs原子扩散到TIAL原子的扩散通量远高于Ti和Al原子的扩散通量 ， 促进了多个晶格空位的形成 。 此外 ， 如图8所示 ， 由于这些空位的聚集 ， 在界面上产生了大量精细的Kirkendall空隙 ， 这将不利于粘接缝的性能 。 HEAs和其他金属之间的夹层的应用可以消除Kirkendall空隙 ， 会在后文讨论 。

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