《Scripta Materialia》高熵合金和不锈钢的异种焊接！
近些年，高熵合金因其独特的热力学性能，使其成为各种工程结构部件的潜在候选者。焊接作为结构应用中的关键制造工艺，可从简单的整体部件中创造出形状复杂的结构，也可用于连接具有不同性能的材料。
目前，对CrMnFeCoNi高熵合金的可焊性研究大多局限于同种材料焊接，对异种材料的焊接性研究尚不多见。然而，两种基材的混合会促进有害相的形成。因此，了解焊接热循环对异种焊接接头组织演变的影响是优化其性能、防止缺陷产生或不良相形成的关键。而关于CoCrFeMnNi高熵合金的异种金属焊接鲜有报道。
近期，Universidade NOVA de Lisboa大学J.P. Oliveira教授团队成功地获得了无缺陷及完全焊透的异种接头，实现了轧制态CoCrFeMnNi 高熵合金与316双相不锈钢的异种激光焊接研究。采用电子显微镜、高能同步辐射 x 射线衍射、力学性能评定和热力学计算等方法，对焊接接头的组织演变进行了评定和合理化分析，进一步扩展了高熵合金异种焊接的研究现状。相关论文以题为“Dissimilar laser welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy to 316 stainless steel”发表在Scripta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114219
在该工作中，高熵合金室温轧制50%至1.5mm。316不锈钢在1050℃时由10mm轧制至3mm，再冷轧至1.6mm，随后在1050℃保温1min后进行水冷淬火处理。将两种材料加工成30*30mm2的板材，使用Miyachi Unitek LW50A pulsed Nd:YAG脉冲激光系统进行焊接，峰值脉冲为2.25KW，持续时间10ms，总能量17.9J。
通过SEM/EBSD图像(如图1a), 在接头的不同部位可以清楚的观察到明显的组织特征。靠近高熵合金一侧的热影响区相对较薄，并且由于热循环促进变形组织中形成大量细小再结晶晶粒。在熔合区，形成了较大的柱状晶，且晶粒无明显的择优晶粒取向。通过同步辐射及基于热力学计算中的 Scheil 模型，对熔合区的非平衡凝固过程进行了热力学计算，得出CoCrFeMnNi（单一FCC相）和316不锈钢（FCC+少量BCC）焊接的熔合区同样为单一的FCC相。
由于起始母材条件/焊接热循环对热影响区和熔合区的影响，焊接接头会产生不同的微观结构和局部机械性能，因此会发生不均匀变形。尽管在强度和延展性方面不如母材，但该焊接接头的抗拉强度也达到了450MPa，断裂应变约为5%，断裂失效均发生在熔合区。大部分变形由316不锈钢母材和熔合区承受，冷轧高熵合金和焊缝的其他区域相比承受非常小的变形。
图1异种焊接的横截面组织
图2 两种母材和异种焊接熔合区的同步辐射衍射图
图3 两种母材和熔合区的scheil计算
图4 整个焊接接头的显微硬度分布图
图5 两种母材和焊接接头的拉伸应力应变曲线