技术领域
[0001] 本
发明属于焊接技术领域,涉及一种用于钛与钢TIG焊接的高熵合金焊丝的制备方法。
背景技术
[0002] 钛及其合金比强度高,耐蚀性能好,但因钛金属价格较高,限制了其进一步的发展应用;而钛-钢复合板价格相当于钛材的25~35%,同时兼具钛与钢的优良特性,是节约钛金属的很好途径,在提高材料利用率、减轻结构重量、提高制件耐
腐蚀性、降低成本等方面具有明显的社会效应和经济效应,具有广阔的应用前景。利用钛-钢复合板生产出的设备性价比高,但其自身的结构复杂,其焊接施工难度远远大于钛/钛、钢/钢同质材料。
[0003] 目前,用于钛/钢焊接的主要方法包括压
力焊(分为扩散焊、摩擦焊和爆炸焊),但实现真正意义上的钛/钢高强度焊接则当属
熔化焊。钛/钢的熔化焊接属异种金属之间的焊接,其施工难度远远大于钛/钛、钢/钢同质材料,而且脆性金属间化合物导致接头性能不佳尤其严重。为了保障焊接的顺利进行,除了焊接施工过程中严格控制焊接方向以及顺序之外,还需要选择合适的超合金焊接材料。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种用于钛与钢TIG焊接的高熵合金焊丝的制备方法,解决了
现有技术中,在TIG焊接方法实现钛/钢焊接时,易形成硬脆的金属间化合物导致
焊缝开裂,不易于获得高性能制件的问题。
[0005] 本发明采用的技术方案是,一种用于钛与钢TIG焊接的高熵合金焊丝的制备方法,按照以下步骤实施:
[0006] 步骤1、利用超高
真空电弧炉熔配
母合金[0007] 按
原子百分比组成,其中Zr为30~33%,Cu为8~12%,Fe为15~18%,Ni为20~24%,Be为20~24%,总的百分比为100%,将上述的原子百分比换算成
质量百分比,按质量百分比称量好各种高纯金属,将上述组分混匀、
压实成坯待用;将制成的坯料在超高真空
电弧炉中进行熔配,制得母合金;
[0008] 步骤2、应用金属纺绩技术,将上步得到的母合金重新熔化,经过纺绩轮的急冷快速
凝固制备成非晶态高熵合金焊丝,即成。
[0009] 本发明的有益效果是,本发明的高熵合金焊丝具有优良的强度、韧性及耐蚀性能,不易形成脆性金属间化合物相,易于获得高性能的钛/钢焊接接头。该高熵合金焊丝的焊接操作工艺简单,方便高效,
对焊接工艺适应性好,便于工程推广。
具体实施方式
[0010] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0011] 本发明的用于钛与钢TIG焊接的高熵合金焊丝,由以下组分按原子百分比组成:总的百分比为100%,Zr为30~33%,Cu为8~12%,Fe为15~18%,Ni为20~24%,Be为20~24%。
[0012] 经过焊接过程,所形成的焊缝金属为Zr-Ti-Fe-Ni-Cu-Be为主元的高熵合金,基本上消除脆性金属间化合物,接头性能较高。
[0013] 本发明的合金成分中,各化学元素的组成及含量限定理由是:
[0014] 为了提高钛与钢焊接接头的综合力学性能,需要获得焊缝金属的化学成分处在形成高熵合金的主元含量范围。针对具体待焊
母材金属钛与钢的成分特点,合金主元选择Zr-Ni-Cu-Be四元系非晶态合金。主要原因有三点:①Zr与Be与活性金属Ti具有很好的相容性,用之可有效抑制脆性金属间化合物产生。②通过在
中间层合金中添加Ni、Cu元素,其既可与Fe无限固溶,又可与Zr、Ti和Be互溶,Ni的加入能够改善焊缝与钛母材的熔合性,易于形成高熵合金焊缝,拟制金属间化合物形成。③焊接过程中母材的熔化以及近缝区母材向熔池中的溶解不可避免,为
预防焊缝产生脆性金属间化合物,焊缝目标成分中须含有Fe主元。考虑到Ti元素在焊接过程中极易熔(溶)解进入焊缝金属之中,为了确保焊接完成之后,焊缝中Ti元素的含量处于形成高熵合金所需要的成分范围,焊丝中不选择添加Ti元素。
[0015] 本发明的高熵合金焊丝,其制备方法按照以下步骤实施:
[0016] 步骤1、利用超高真空电弧炉熔配母合金:
[0017] 按原子百分比组成,其中Zr为30~33%,Cu为8~12%,Fe为15~18%,Ni为20~24%,Be为20~24%,总的百分比为100%。将上述的原子百分比换算成质量百分比,按质量百分比称量好各种高纯金属,将上述组分混匀、压实成坯待用;将制成的坯料在超高真空电弧炉中进行熔配,制得母合金;
[0018] 步骤2、应用金属纺绩技术,将上步得到的母合金重新熔化,经过纺绩轮的急冷快速凝固制备成非晶态高熵合金焊丝。通过改变
电机转速来调整纺绩轮线速度,将纺绩轮线速度控制在5~8m/s,所制备得到的非晶焊丝的直径在Ф0.8~Ф1.4mm。该非晶态高熵合金焊丝具有优良的强度、韧性及耐蚀性能,且成形性优良。
[0020] 依照总的百分比为100%,Zr 31%,Cu 8%,Fe 18%,Ni 21%,Be 22%的数据选取各组分元素含量,将纺绩轮线速度控制在5~8m/s,并按照上述实施方式制备出直径为Ф1.1mm的非晶态Zr31Cu8Fe18Ni21Be22高熵焊丝。应用TIG焊对TA2钛与Q235钢板进行焊接,焊接工艺参数为:Ar气流量8-10L/min,电弧
电压10-12V,焊接
电流100A,焊接速度50-60mm/min。焊缝金属融合性好,熔合区无裂纹,获得焊接接头的
抗拉强度约410MPa。
[0021] 实施例2
[0022] 依照总的百分比为100%,Zr 33%,Cu 11%,Fe 15%,Ni 21%,Be 20%的数据选取各组分元素含量,将纺绩轮线速度控制在5~8m/s,并按照上述实施方式制备出直径为Ф1.2mm的非晶态Zr33Cu11Fe15Ni21Be20高熵焊丝。应用TIG焊对TA2钛与Q235钢板进行焊接,焊接工艺参数为:Ar气流量8-10L/min,电弧电压10-12V,焊接电流100A,焊接速度50-60mm/min。焊缝金属融合性好,熔合区无裂纹,获得焊接接头的抗拉强度约392MPa。
[0023] 实施例3
[0024] 依照总的百分比为100%,Zr 32%,Cu 10%,Fe 16%,Ni 20%,Be 22%的数据