用于鈦與鋼tig焊接的高熵合金焊絲及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成：總的百分比為100%，Zr為30～33%，Cu為8～12%，F(xiàn)e為15～18%，Ni為20～24%，Be為20～24%。本發(fā)明還公開了該種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲的制備方法。本發(fā)明的非晶態(tài)高熵合金焊絲，熔煉及加工成形性能好，焊絲的制備方法和工藝簡單，制作成本低廉。應(yīng)用非晶態(tài)高熵合金焊絲TIG焊鈦/鋼工藝簡單，焊絲與鈦及鋼的匹配性好，焊接區(qū)無裂紋，焊縫基本為單相固溶體組織，接頭綜合機(jī)械性能較高。
【專利說明】用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，本發(fā)明還涉及該種高熵合金焊絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及其合金比強(qiáng)度高，耐蝕性能好，但因鈦金屬價(jià)格較高，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用；而鈦-鋼復(fù)合板價(jià)格相當(dāng)于鈦材的25?35%，同時(shí)兼具鈦與鋼的優(yōu)良特性，是節(jié)約鈦金屬的很好途徑，在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、提高制件耐腐蝕性、降低成本等方面具有明顯的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用鈦-鋼復(fù)合板生產(chǎn)出的設(shè)備性價(jià)比高，但其自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其焊接施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦/鈦、鋼/鋼同質(zhì)材料。
[0003]目前，用于鈦/鋼焊接的主要方法包括壓力焊(分為擴(kuò)散焊、摩擦焊和爆炸焊)，但實(shí)現(xiàn)真正意義上的鈦/鋼高強(qiáng)度焊接則當(dāng)屬熔化焊。鈦/鋼的熔化焊接屬異種金屬之間的焊接，其施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦/鈦、鋼/鋼同質(zhì)材料，而且脆性金屬間化合物導(dǎo)致接頭性能不佳尤其嚴(yán)重。為了保障焊接的順利進(jìn)行，除了焊接施工過程中嚴(yán)格控制焊接方向以及順序之外，還需要選擇合適的超合金焊接材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，在TIG焊接方法實(shí)現(xiàn)鈦/鋼焊接時(shí)，易形成硬脆的金屬間化合物導(dǎo)致焊縫開裂，不易于獲得高性能制件的問題。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供上述的高熵合金焊絲的制備方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，Zr為30?33%，Cu為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Ni 為 20 ?24%，Be 為 20 ?24%。
[0007]本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種上述的高熵合金焊絲的制備方法，按照以下步驟實(shí)施:
[0008]步驟1、利用超高真空電弧爐熔配母合金
[0009]按原子百分比組成，其中Zr為30?33%，Cu為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Ni為20?24%，Be為20?24%，總的百分比為100%，將上述的原子百分比換算成質(zhì)量百分比，按質(zhì)量百分比稱量好各種高純金屬，將上述組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在超高真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金；
[0010]步驟2、應(yīng)用金屬紡績技術(shù)，將上步得到的母合金重新熔化，經(jīng)過紡績輪的急冷快速凝固制備成非晶態(tài)高熵合金焊絲，即成。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的高熵合金焊絲具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦/鋼焊接接頭。該高熵合金焊絲的焊接操作工藝簡單，方便高效，對(duì)焊接工藝適應(yīng)性好，便于工程推廣?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]本發(fā)明的用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，Zr為30~33%，Cu為8~12%，F(xiàn)e為15~18%，Ni為20~24%，Be為20 ~24%o
[0014]經(jīng)過焊接過程，所形成的焊縫金屬為Zr-T1-Fe-N1-Cu-Be為主元的高熵合金，基本上消除脆性金屬間化合物，接頭性能較高。
[0015]本發(fā)明的合金成分中，各化學(xué)元素的組成及含量限定理由是:
[0016]為了提高鈦與鋼焊接接頭的綜合力學(xué)性能，需要獲得焊縫金屬的化學(xué)成分處在形成高熵合金的主元含量范圍。針對(duì)具體待焊母材金屬鈦與鋼的成分特點(diǎn)，合金主元選擇Zr-N1-Cu-Be四元系非晶態(tài)合金。主要原因有三點(diǎn):①Zr與Be與活性金屬Ti具有很好的相容性，用之可有效抑制脆性金屬間化合物產(chǎn)生。②通過在中間層合金中添加N1、Cu元素，其既可與Fe無限固溶，又可與Zr、Ti和Be互溶，Ni的加入能夠改善焊縫與鈦母材的熔合性，易于形成高熵合金焊縫，擬制金屬間化合物形成。③焊接過程中母材的熔化以及近縫區(qū)母材向熔池中的溶解不可避免，為預(yù)防焊縫產(chǎn)生脆性金屬間化合物，焊縫目標(biāo)成分中須含有Fe主元?？紤]到Ti元素在焊接過程中極易熔(溶)解進(jìn)入焊縫金屬之中，為了確保焊接完成之后，焊縫中Ti元素的含量處于形成高熵合金所需要的成分范圍，焊絲中不選擇添加Ti元素。
[0017]本發(fā)明的高熵合金焊絲，其制備方法按照以下步驟實(shí)施:
[0018]步驟1、利用超高真空電弧爐熔配母合金:
[0019]按原子百分比組成，其中Zr為30~33%，Cu為8~12%，F(xiàn)e為15~18%，Ni為20~24%，Be為20~24%，總的百分比為100%。將上述的原子百分比換算成質(zhì)量百分比，按質(zhì)量百分比稱量好各種高純金屬，將上述組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在超高真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金；步驟2、應(yīng)用金屬紡績技術(shù)，將上步得到的母合金重新熔化，經(jīng)過紡績輪的急冷快速凝固制備成非晶態(tài)高熵合金焊絲。通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整紡輪線速度，將紡績輪線速度控制在5~8m/s，所制備得到的非晶焊絲的直徑在(60.8~(61.4mm。該非晶態(tài)高熵合金焊絲具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，且成形性優(yōu)良。
[0020]實(shí)施例1
[0021]依照總的百分比為100%，Zr31%，Cu8%，F(xiàn)e 18%, Ni21%, Be22%的數(shù)據(jù)選取各組分元素含量，將紡績輪線速度控制在5~8m/s，并按照上述實(shí)施方式制備出直徑為On.1mm的非晶態(tài)Zr31Cu8Fel8Ni21Be22高熵焊絲。應(yīng)用TIG焊對(duì)TA2鈦與Q235鋼板進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為:Ar氣流量8-10L/min，電弧電壓10-12V，焊接電流100A，焊接速度50-60mm/min。焊縫金屬融合性好，熔合區(qū)無裂紋，獲得焊接接頭的抗拉強(qiáng)度約410MPa。
[0022]實(shí)施例2
[0023]依照總的百分比為100%，Zr33%，Cul 1%, Fe 15%, Ni21%, Be20%的數(shù)據(jù)選取各組分元素含量，將紡績輪線速度控制在5~8m/s，并按照上述實(shí)施方式制備出直徑為0)1.2mm的非晶態(tài)Zr33CullFel 5Ni21Be20高熵焊絲。應(yīng)用TIG焊對(duì)TA2鈦與Q235鋼板進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為:Ar氣流量8-10L/min，電弧電壓10-12V，焊接電流100A，焊接速度50_60mm/min0焊縫金屬融合性好，熔合區(qū)無裂紋，獲得焊接接頭的抗拉強(qiáng)度約392MPa。
[0024]實(shí)施例3
[0025]V依照總的百分比為100%，Zr32%，Cul0%, Fe 16%, Ni20%, Be22%的數(shù)據(jù)選取各組分元素含量，將紡績輪線速度控制在5?8m/s，并按照上述實(shí)施方式制備出直徑為On.2mm的Zr32Cul0Fel6Ni20Be20高熵焊絲。應(yīng)用TIG焊對(duì)TA2鈦與Q235鋼板進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為:Ar氣流量8-10L/min，電弧電壓10-12V，焊接電流90A，焊接速度50-60mm/min。焊縫金屬融合性好，熔合區(qū)無裂紋，獲得焊接接頭的抗拉強(qiáng)度約403MPa。
[0026]綜上所述，本發(fā)明的高熵合金焊絲，本身為非晶態(tài)高熵合金，焊后所形成的焊縫金屬亦為高熵合金，只是焊縫中的T1、Fe含量顯著高于高熵中間層合金初始值，該高熵中間層合金形成的焊縫基本上消除脆性金屬間化合物，接頭性能較高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鈦與鋼TIG焊接的高熵合金焊絲，其特征在于，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，Zr為30?33%，Cu為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Ni為20?24%，Be 為 20 ?24%。
2.—種權(quán)利要求1所述的高熵合金焊絲的制備方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施: 步驟1、利用超高真空電弧爐熔配母合金 按原子百分比組成，其中Zr為30?33%，Cu為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Ni為20?24%，Be為20?24%，總的百分比為100%，將上述的原子百分比換算成質(zhì)量百分比，按質(zhì)量百分比稱量好各種高純金屬，將上述組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在超高真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金； 步驟2、應(yīng)用金屬紡績技術(shù)，將上步得到的母合金重新熔化，經(jīng)過紡績輪的急冷快速凝固制備成非晶態(tài)高熵合金焊絲，即成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高熵合金焊絲的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中，將紡績輪線速度控制在5?8m/s。
【文檔編號(hào)】B23K35/24GK103639619SQ201310614033
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】翟秋亞, 劉正, 徐錦鋒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)