一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料及其制备方法。所述焊丝材料的化学组成包括主要元素和次要元素，主要元素为Al、Cu、Fe、Mn、Ni、Cr、Co中的4～6种，次要元素包括0～5种；所述焊丝材料的化学组成中每种主要元素的原子百分含量≥5％；每种次要元素的原子百分含量＜5％。本发明专利技术基于被焊接材料的合金成分设计焊丝成分，制备成药芯焊丝或绞股丝材，实现焊缝的高熵化，且能得到具有优良强度和延展性的焊缝，为钢与高熵合金低成本、高效率的电弧焊接提供解决方案。率的电弧焊接提供解决方案。率的电弧焊接提供解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料及其制备方法，属于焊接


技术介绍

[0002]二十一世纪初，Cantor和Yeh等学者突破“混乱原理”分别合成了具有简单晶体结构的单相多主元合金。该合金包含4种或4种以上的主要合金元素，按照等摩尔或近等摩尔比制成的一类新型合金。由于这类合金具有较高的构型熵，被命名为高熵合金。高熵合金不仅具有高熵效应，同时还具有一些在传统合金中较难发现的特性，比如晶格畸变、缓慢扩散等特性。这些特性使高熵合金表现出高硬度、耐磨损和耐腐蚀性等优异的性能，在石油化工、航空航天和核电领域显示出巨大的应用潜力。
[0003]采用高熵合金与钢制备复合制件，不仅能够具有高熵合金的优异性能，也能够减少高熵合金材料的消耗，且能减少生产大尺寸高熵合金部件所需装备工艺要求。对于大尺寸部件，采用焊接方式将高熵合金与钢材连接起来，是基于成本和能效综合考虑下，制备高熵合金与钢复合部件的主要解决方案之一。其中，由于气体保护焊的操作环境适应性强且成本低，在高熵合金连接的工业生产方面应用较广。在焊接过程中，焊丝材料的成分与焊接接头的力学性能密切相关，在涉及到钢与高熵合金异种材料焊接的情况下，基于严格的热输入量和焊后热处理工艺参数控制，探索合理的焊丝材料成分，仍是当前焊接
的重要研发方向。

技术实现思路

[0004]为了优化钢与高熵合金异种材料焊接接头的显微组织和力学性能，本专利技术提供一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料及其制备方法。基于被焊接材料的合金成分设计焊丝成分，制备成药芯焊丝或绞股丝材，实现焊缝的高熵化，且能得到具有优良强度和延展性的焊缝，为钢与高熵合金低成本、高效率的电弧焊接提供解决方案。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料，所述焊丝材料的化学组成包括主要元素和次要元素，主要元素为Al、Cu、Fe、Mn、Ni、Cr、Co中的4～6种，次要元素包括0～5种；所述焊丝材料的化学组成中每种主要元素的原子百分含量≥5％；每种次要元素的原子百分含量＜5％。
[0007]所述钢为低碳钢、轴承钢、不锈钢或马氏体时效钢；所述高熵合金为Al
‑
Cu
‑
Fe
‑
Mn
‑
Ni
‑
Cr、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Mn
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Co
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cr
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Cr
‑
Ni、Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni、Al
‑
Cu
‑
Fe
‑
Ni
‑
Ti、Al
‑
Cu
‑
Cr
‑
Ni
‑
Mn、Al
‑
Cu
‑
Co
‑
Ni
‑
Ti、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Co
‑
Cr、Al
‑
Cu
‑
Co
‑
Cr
‑
Mn或Al
‑
Cu
‑
Ni
‑
Ti
‑
Mn合金。
[0008]所述高熵合金中每种金属元素的原子百分含量均为5％～35％；所述焊丝材料的化学组成中，每种主要元素与至少一种其他主要元素的原子百分含量相差不超过20％。
[0009]所述焊丝材料的化学组成中主要元素包括Fe，Fe的原子百分含量为20％～40％，其他主要元素的原子百分含量均≤35％；
[0010]所述次要元素为Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、W、Ta、La、Ce中的任1种或2～5种的混合。
[0011]根据焊接钢的元素成分及含量确定焊丝材料的主要元素组成及含量；
[0012]若焊接钢中除Fe之外的某元素A的原子百分含量：3.5％≤A含量≤10％，则焊丝材料的主要元素包含所述元素A，且元素A在焊丝材料中的原子百分含量≥12％；
[0013]若焊接钢中除Fe之外的某元素A的原子百分含量＞10％，则焊丝材料的主要元素包含所述元素A，且元素A在焊丝材料中的原子百分含量≥13％。
[0014]根据焊接的高熵合金的元素成分及含量确定焊丝材料的元素组成及含量；
[0015]所述焊丝材料组成中包括高熵合金中的两种及两种以上金属元素，所述两种及两种以上金属元素按高熵合金中的原子含量由高到低依次选择；且每种金属元素在焊丝材料中的原子百分含量为该金属元素在高熵合金中的60％～100％。
[0016]所述焊丝材料的主要元素包含Fe和Cr，这两种元素的原子百分含量的差值≤16％；
[0017]或，所述焊丝材料的主要元素包含Fe和Ni，这两种元素的原子百分含量的差值≤16％；
[0018]或，所述焊丝材料的主要元素包含Fe和Al，这两种元素的原子百分含量的差值≤16％；
[0019]或，所述焊丝材料的主要元素包含Cr和Ni，这两种元素的原子百分含量的差值≤8％；
[0020]或，所述焊丝材料的主要元素包含Cr和Al，这两种元素的原子百分含量的差值≤8％；
[0021]或，所述焊丝材料的主要元素包含Ni和Al，这两种元素的原子百分含量的差值≤8％；
[0022]或，所述焊丝材料的主要元素包含Cr、Ni和Al，这三种元素中任两种元素的原子百分含量的差值≤6％。
[0023]将焊丝材料制成药芯焊丝或绞股丝材。
[0024]所述焊丝材料制成绞股丝材时，若焊丝材料的化学组成包括主要元素Al、Ni或Cu中的任一种，且该主要元素在焊丝材料中的原子百分含量≥20％，则引入稀土元素作为焊丝材料的次要元素；
[0025]将所述原子百分含量≥20％的主要元素Al、Ni或Cu，分别与引入的稀土元素制成Al
‑
RE、Ni
‑
RE或Cu
‑
RE二元金属丝，要求稀土在每种二元金属丝中的质量含量不高于0.1％，进而制备成绞股丝材；绞股丝材中稀土质量含量不高于绞股丝材总质量的0.01％；所述稀土为La或Ce单质，或者La与Ce的混合物。
[0026]所述焊丝材料的制备方法，将焊丝材料制备成药芯焊丝时，其制备方法为：
[0027](1)药芯焊丝包括外皮和药芯，采用合金带作为药芯焊丝的外皮，药芯成分基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钢与高熵合金异种焊接的焊丝材料，其特征在于，所述焊丝材料的化学组成包括主要元素和次要元素，主要元素为Al、Cu、Fe、Mn、Ni、Cr、Co中的4～6种，次要元素包括0～5种；所述焊丝材料的化学组成中每种主要元素的原子百分含量≥5％；每种次要元素的原子百分含量＜5％。2.如权利要求1所述的焊丝材料，其特征在于，所述钢为低碳钢、轴承钢、不锈钢或马氏体时效钢；所述高熵合金为Al
‑
Cu
‑
Fe
‑
Mn
‑
Ni
‑
Cr、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Mn
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Co
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cr
‑
Ni、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Cr
‑
Ni、Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni、Al
‑
Cu
‑
Fe
‑
Ni
‑
Ti、Al
‑
Cu
‑
Cr
‑
Ni
‑
Mn、Al
‑
Cu
‑
Co
‑
Ni
‑
Ti、Al
‑
Fe
‑
Cu
‑
Co
‑
Cr、Al
‑
Cu
‑
Co
‑
Cr
‑
Mn或Al
‑
Cu
‑
Ni
‑
Ti
‑
Mn合金。3.如权利要求1所述的焊丝材料，其特征在于，所述高熵合金中每种金属元素的原子百分含量均为5％～35％；所述焊丝材料的化学组成中，每种主要元素与至少一种其他主要元素的原子百分含量相差不超过20％。4.如权利要求1所述的焊丝材料，其特征在于，所述焊丝材料的化学组成中主要元素包括Fe，Fe的原子百分含量为20％～40％，其他主要元素的原子百分含量均≤35％；所述次要元素为Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、W、Ta、La、Ce中的任1种或2～5种的混合。5.如权利要求1所述的焊丝材料，其特征在于，根据焊接钢的元...

【专利技术属性】
技术研发人员：高雪云，王海燕，谭会杰，邢磊，李杰，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：