基于高熵合金中間層的銅/鋼TIG焊接頭組織與性能

蔣淑英 張軍利 趙明

摘要：銅/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足不同環(huán)境對材料性能的要求，還可減少銅材的消耗，將大大降低構(gòu)件的成本；但銅與鋼之間物化性能差異較大，其中極差的相溶性會(huì)導(dǎo)致焊后出現(xiàn)液相分離或缺陷?；诤缚p金屬固溶-高熵化思路，設(shè)計(jì)Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金作為中間層，對T2紫銅和Q235鋼進(jìn)行TIG焊接，并對中間層及接頭的組織與性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明：Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金為單相FCC固溶體結(jié)構(gòu)，具有良好的強(qiáng)度和塑韌性；采用該中間層材料，利用TIG焊方法可實(shí)現(xiàn)T2紫銅和Q235鋼的可靠連接，焊縫成形良好且無氣孔、裂紋等缺陷；焊縫區(qū)組織為單相FCC固溶體結(jié)構(gòu)，具有顯著的高熵化特征；焊接接頭平均抗拉強(qiáng)度為225 MPa，達(dá)到銅母材強(qiáng)度的91%，平均斷后延伸率達(dá)到44%；接頭斷裂發(fā)生在紫銅側(cè)熱影響區(qū)，且斷口表面呈現(xiàn)有大量的韌窩結(jié)構(gòu)，具有顯著的韌性斷裂特征。

關(guān)鍵詞：T2紫銅； Q235鋼； TIG焊； 高熵合金中間層； 組織； 性能

中圖分類號：TG 422 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：蔣淑英，張軍利，趙明.基于高熵合金中間層的銅/鋼TIG焊接頭組織與性能［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，47（6）：154-161.

JIANG Shuying， ZHANG Junli， ZHAO Ming. Microstructure and properties ofcopper/steel TIG welded joint based on high-entropy alloy interlayer［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science），2023，47（6）：154-161.

Microstructure and properties ofcopper/steel TIG welded

joint based onhigh-entropy alloy interlayer

JIANG Shuying， ZHANG Junli， ZHAO Ming

（College of Materials Science and Engineering in China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China）

Abstract：The copper/steel composite structure can not only meet the performance requirements of different environments， but also can reduce the consumption of copper materials and greatly reduce the cost of components. However， the physical and chemical properties of copper and steel are quite different， and the extremely poor miscibility will lead to liquid phase separation or defects after welding. Based on the idea of solid solution-high entropy of weld metal， Fe5Co30Cr30Ni30Cu5 high-entropy alloy was designed as the intermediate layer to carry out TIG welding of T2 copper and Q235 steel， and the microstructure and properties of the intermediate layer and welded joint were analyzed. The results show that， Fe5Co30Cr30Ni30Cu5 high-entropy alloy is a single-phase FCC solid solution with good strength and plastic toughness. Using the high-entropy alloy as the intermediate layer material， the reliable connection between T2 copper and Q235 steel can be achieved by the TIG welding method. The welded joint is formed well， without pores， cracks and other defects. The weld microstructure is a simple solid solution with FCC structure， which has a remarkable high entropy characteristic. The average tensile strength value of the welded joint is 225 MPa， reaching 91% of the strength of T2 copper， and the extension ratio after fracture can reach 44%. The fracture of joint occurs in the heat-affected zone on the copper side. There are a large number of dimples on the fracture surface， showing the significant characteristic of ductile fracture.

Keywords： T2 copper; Q235 steel; TIG welding; high-entropy alloy interlayer; microstructure; properties

T2紫銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性極好，在導(dǎo)電部件、熱交換器、化學(xué)儀器以及核工業(yè)中大量使用。但銅價(jià)格昂貴且強(qiáng)度較低，單獨(dú)使用不利于成本控制且不能滿足構(gòu)件的強(qiáng)度要求。Q235低碳鋼價(jià)格低廉、焊接性好，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性。因此將T2紫銅和Q235低碳鋼組成復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅可以充分利用各自優(yōu)異的性能，還能節(jié)約貴金屬材料、合理利用資源、降低構(gòu)件成本，該結(jié)構(gòu)在石油化工行業(yè)、電力行業(yè)和汽車領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［1］。例如管殼式換熱器、海水凈化裝置以及儲存酸堿性介質(zhì)的壓力容器，需要大量拼焊并要求有較高強(qiáng)韌性的外殼材料和支撐板材料采用Q235鋼，起換熱作用的管材和起防腐作用的內(nèi)襯則采用導(dǎo)熱性好、耐蝕性強(qiáng)的紫銅，需要將鋼-銅焊接以達(dá)到固定和密封作用。相比不銹鋼和高合金鋼，低碳鋼與銅組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在降低成本、節(jié)約貴重金屬上具有更大的優(yōu)勢。但固態(tài)下Cu與Fe相溶性很低，室溫下幾乎為零，采用焊接方法對鋼/銅直接焊接，通常會(huì)出現(xiàn)液相分離問題［2］。此外鋼和銅的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、線膨脹系數(shù)、比熱容以及電磁性等物理性能差異較大，極易導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力、鋼側(cè)出現(xiàn)滲透裂紋、焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋缺陷、冶金結(jié)合不良或者銅側(cè)熱影響區(qū)晶粒粗大等缺陷［3］。呂世雄等［4］利用TIG焊，使用純銅焊絲在鋼基體上進(jìn)行堆焊試驗(yàn)，對鋼-銅異種金屬的“泛鐵現(xiàn)象”進(jìn)行研究分析，對熔化焊中異種金屬因?yàn)槠霎a(chǎn)生的“泛鐵現(xiàn)象”做出初步說明。Cheng等［5］使用MIG-TIG雙面焊對銅-鋼兩種金屬進(jìn)行焊接，結(jié)果表明銅側(cè)受熱導(dǎo)致晶粒異常長大而發(fā)生軟化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響接頭的綜合性能。付俊［6］使用對接方式對銅和低碳鋼進(jìn)行激光焊試驗(yàn)，結(jié)果顯示當(dāng)銅熔化較多時(shí)，焊縫中出現(xiàn)裂紋。Shiri等［7］使用TIG焊對銅和鋼進(jìn)行焊接，采用銅焊絲時(shí)得到的焊接接頭質(zhì)量較好，但凝固裂紋以及熔合不足等缺陷依然會(huì)出現(xiàn)，焊接過程難以控制，很難保證焊接接頭質(zhì)量。Magnabosco等［8］采用電子束焊對銅與不銹鋼進(jìn)行焊接，焊接接頭產(chǎn)生滲透裂紋，并且熔化區(qū)有大量氣孔出現(xiàn)。邢麗等［9］使用攪拌摩擦焊完成T2紫銅與低碳鋼的連接，得到宏觀形貌良好且無缺陷的焊接接頭，但銅側(cè)熱影響區(qū)因?yàn)槭軣嶙兊卯惓４执?，成為焊縫的薄弱區(qū)域。陳湘平等［10］采用火焰釬焊對鋼-銅金屬進(jìn)行連接，使用含Si的黃銅系釬料，接頭有Fe-Si金屬間化合物生成，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。近年來，高熵合金的研究處于研究領(lǐng)域前沿，由于其特有的高熵效應(yīng)使金屬間化合物的產(chǎn)生被抑制，體系更容易形成簡單的無序固溶體結(jié)構(gòu)，有利于獲得優(yōu)異的力學(xué)性能［11］。高熵合金對組元有很強(qiáng)的固溶能力，組元在一定范圍內(nèi)變化時(shí)固溶體的結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生改變［12-13］。因此將高熵合金應(yīng)用到異種材料的焊接領(lǐng)域，利用高熵合金的超級固溶性可以解決異種材料焊接的冶金不相溶問題，從而可以提高接頭性能。Bridges等［14］采用Mn-Co-Cu-Fe-Ni高熵合金對鎳基高溫合金進(jìn)行了激光釬焊，實(shí)現(xiàn)了良好的連接，焊接接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到220 MPa。Zhang等［15］采用純Ti和FeCoNiCrCu高熵合金復(fù)合的新型填料對GH99高溫合金和ZrB2-SiC-C陶瓷進(jìn)行釬焊連接，焊縫為固溶體結(jié)構(gòu)，接頭最大剪切強(qiáng)度為71 MPa，裂紋主要在ZSC陶瓷中傳播，遠(yuǎn)離反應(yīng)區(qū)。 Hao等［16］采用激光焊方法實(shí)現(xiàn)了TC4/（CoCrFeNi）100-xCux/304不銹鋼的良好連接，所有焊接接頭均斷裂在Ti/Cu反應(yīng)層，最高抗拉強(qiáng)度達(dá)到161 MPa。筆者課題組［17］將Co13Cr28Cu31Ni28高熵合金作為中間過渡層，采用脈沖TIG焊實(shí)現(xiàn)了TA2鈦與Q235鋼的良好連接，焊縫組織為BCC和FCC的固溶體結(jié)構(gòu)，無脆性金屬間化合物產(chǎn)生，接頭強(qiáng)度達(dá)到224 MPa。鎢極氬弧焊（TIG）因其熱輸入小熱影響區(qū)窄［18］適用于物性差異較大的異種金屬焊接，因此筆者將高熵合金作為鋼-銅異種金屬焊接的中間層，采用TIG焊方法對添加高熵合金中間層的Q235鋼-T2紫銅異種金屬進(jìn)行熔化焊接，并對接頭進(jìn)行組織和性能分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 中間層設(shè)計(jì)與制備

采用添加高熵合金作為中間層的方式進(jìn)行銅/鋼焊接，中間層合金元素的選取應(yīng)主要考慮中間層材料對母材的潤濕性以及對母材元素的冶金相容性。從潤濕性角度考慮，中間層材料應(yīng)該含有一定量的Fe、Cu元素，由于焊接過程中焊縫里必然有母材的熔入，因此Fe、Cu元素含量不宜過高。根據(jù)高熵合金設(shè)計(jì)要求，為了使合金具備高混合熵，合金需由超過5種不同的元素組成，合金的混合焓必須在-40～10 kJ，各成分元素之間的半徑差必須小于12%，并且所選元素原子半徑和電負(fù)性接近［19］，因此其余元素需在元素周期表中Fe、Cu相鄰位置進(jìn)行選擇。其中Co元素具有鐵磁性，能夠促進(jìn)FCC相生成，提高合金塑性，此外Co在合金中具有黏合劑的功能［20］，從而可以減少焊接裂紋產(chǎn)生的可能性；Cr元素可以使合金硬度下降，塑性提高［21］，其加入可以減少焊接應(yīng)力，保證焊縫的綜合力學(xué)性能；Ni元素是一種非碳化物元素，與鐵元素和銅元素都能無限固溶［22-23］，增加對母材的冶金相容性，并且其高溫韌性好，可以很好地緩解焊接應(yīng)力。綜合以上考慮，選用Fe5Co30Cr30Ni30Cu5作為中間層高熵合金，將純度為99.9%的Fe、Co、Cr、Ni、Cu金屬單質(zhì)粉末按配比精確稱量，每個(gè)試樣稱取的總質(zhì)量為30 g，F(xiàn)e、Co、Cr、Ni、Cu金屬單質(zhì)粉末的質(zhì)量分別為1.47、9.33、8.23、9.29和1.68 g。將稱好的粉末球磨混合均勻后，利用769YP-40B粉末壓片機(jī)壓成片狀，壓片后利用WK-Ⅱ真空電弧熔煉爐煉制成高熵合金鑄錠，再利用線切割機(jī)將鑄錠切割成尺寸為30 mm×3 mm×1.5 mm的高熵合金條。

1.2 試驗(yàn)材料與焊接工藝

焊接母材采用T2紫銅板和Q235低碳鋼板，尺寸均為50 mm×50 mm×3 mm。T2紫銅的化學(xué)組成為P、Bi、Sb、As、Fe、Pb、Sn、S和Cu，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.001、0.001、0.002、0.002、0.004、0.002、0.002、0.003和余量， Q235低碳鋼的化學(xué)組成為C、Si、Mn、S、P和Fe，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.18、0.25、0.50、0.005、0.005和余量。

焊前利用細(xì)砂紙打磨母材和中間層的所有表面以去除油污、氧化膜等雜質(zhì)，放入丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗，而后進(jìn)行烘干處理。將寬度為1.5 mm的高熵合金條夾于T2紫銅板和Q235低碳鋼板之間，采用TIG焊直流正接法進(jìn)行焊接。鎢極材料使用鈰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鈰鎢極，直徑為2.4 mm，其端部打磨為錐形；焊接過程使用氬氣進(jìn)行保護(hù)，氣流量為25 L/min，鎢極伸出長度為4～6 mm；因?yàn)殂~的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于鋼的導(dǎo)熱性，因此在焊接過程中需將電弧向銅側(cè)偏移0.5 mm以補(bǔ)償銅側(cè)的熱量損失；考慮銅側(cè)熱影響區(qū)極易因?yàn)楹附訜彷斎脒^大而晶粒粗化，導(dǎo)致接頭性能降低，因此采用小線能量進(jìn)行雙面焊接成形，雙面焊接選取同樣的焊接參數(shù)，經(jīng)過前期試驗(yàn)優(yōu)化出焊接參數(shù)為：焊接電壓11.7 V，焊接電流140 A，焊接速度1.5 mm/s。焊接示意圖如圖1所示。

1.3 材料表征及性能測試方法

將焊接接頭利用線切割機(jī)切成尺寸為10 mm×10 mm×3 mm的試樣，依次用180 #～2 500 #的砂紙打磨，隨后進(jìn)行拋光處理，直至表面光亮無劃痕為止。拋光后進(jìn)行腐蝕，分別使用FeCl3-HCl水溶液（比例為5 g FeCl3+10 mL HCl+100 mL H2O）腐蝕銅側(cè)，硝酸酒精（5 mL HNO3+95 mL酒精）腐蝕Q235鋼側(cè)，王水（6 mL HCl+ 2 mL HNO3）腐蝕焊縫區(qū)域。隨后利用Carl Zeiss Axio Scope A1型金相顯微鏡、JSM-7200F型掃描電子顯微鏡和其附帶的X-Max50型能譜儀分析其微觀組織和成分分布。借助X-Pert PRO MPD 型 X-射線衍射儀測量焊接接頭的物相組成，使用Cu-Kα射線源，管電流為40 mA，管電壓為40 kV，掃面范圍為20°～100°。使用HV-1000A型顯微硬度計(jì)測量焊接接頭的硬度分布，加載載荷為0.98 N，加載時(shí)間為15 s，從銅母材側(cè)到焊縫到鋼母材側(cè)，垂直于焊縫每隔0.5 mm取一個(gè)點(diǎn)測試硬度，并根據(jù)所取得的硬度數(shù)據(jù)繪制硬度曲線圖。將焊接接頭利用線切割機(jī)制成3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在CTM8000萬能拉力機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，3個(gè)試樣分別取至焊縫的兩端和中部。利用JSM-7200F型掃描電子顯微鏡觀察其斷口微觀形貌。焊接接頭拉伸試樣尺寸如圖2（單位：mm）所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 中間層組織與性能

Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金的XRD衍射圖譜如圖3所示。通過MDI Jade6.0軟件對衍射峰進(jìn)行檢索，并與PDF數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行對比分析，確定該高熵合金由單一的FCC型無序固溶體組成，無復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有序金屬間化合物產(chǎn)生。具有簡單FCC固溶體結(jié)構(gòu)的合金其晶面間距大、滑移方向多，塑性良好，因此用來做焊接中間層可以很好地緩解焊接應(yīng)力問題。Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金的微觀組織和EDS點(diǎn)成分測試位置如圖4所示。由圖4可以看出，該合金的微觀組織簡單均勻，為花瓣?duì)钪ЫY(jié)構(gòu)，由枝晶和枝晶間區(qū)域組成。圖4中點(diǎn)1位于枝晶內(nèi)，其Fe、Co、Cr、Ni、Cu的原子百分比分別為7.6、31.0、30.9、26.9和3.6；圖4中點(diǎn)2位于枝晶間，其Fe、Co、Cr、Ni、Cu的原子百分比分別為3.6、26.3、27.4、31.5和11.2；Cu元素在枝晶間富集，Ni元素在枝晶間的含量也高于其在枝晶內(nèi)的含量。這是由于Cu的熔點(diǎn)較低，在其他元素凝固時(shí)，Cu元素仍處于流動(dòng)狀態(tài)，被排擠到晶間位置；同時(shí)Cu元素與Fe、Cr、Co元素的混合焓（Cu-Fe：13 kJ/mol、Cu-Cr：12 kJ/mol、Cu-Co：6 kJ/mol）較高，與其互溶性較差，導(dǎo)致Cu元素在枝晶間偏聚。而Cu與Ni同屬FCC結(jié)構(gòu)，電負(fù)性相近，混合焓較小，可無限互溶，因此在富Cu的枝晶間也形成了Ni的富集。但Cu、Ni的富集并沒有促使枝晶間析出新相，只是造成了一定程度的成分偏析。

采用型號為WDW-300E萬能試驗(yàn)機(jī)對Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金紐扣鑄錠進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，測試中間層高熵合金的強(qiáng)度和塑性變形能力，其室溫下的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)加載到萬能試驗(yàn)機(jī)的最大壓力時(shí)，試樣只是被壓成鼓狀，沒有出現(xiàn)斷裂，此時(shí)高熵合金的變形量為59%，最大強(qiáng)度為704 MPa。因此Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金的強(qiáng)度和塑韌性良好，可作為鋼、銅異種金屬TIG焊的中間層材料。

2.2 接頭顯微組織與結(jié)構(gòu)

圖6為焊接接頭的宏觀橫截面。由圖6可以看出，當(dāng)使用雙面焊工藝時(shí)焊縫橫截面為“工”字形，高熵合金中間層完全熔化，與兩側(cè)的Q235鋼及T2紫銅均形成了冶金結(jié)合，沒有未熔合、咬邊、氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，F(xiàn)e5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金作為中間層成功實(shí)現(xiàn)了鋼-銅異種金屬的有效連接，獲得成型良好的焊接接頭。

焊接接頭的微觀組織如圖7所示。圖7（a）中靠近T2紫銅側(cè)的焊縫組織為典型的柱狀晶組織，生長方向朝向焊縫中心。這是因?yàn)樵诤附舆^程中焊接電弧偏向T2紫銅側(cè)，銅因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)熱性造成焊接熔池中一部分熱量快速地通過銅母材側(cè)散失，焊接熔池體積又小，因此在銅母材側(cè)造成了很大的溫度梯度，導(dǎo)致靠近T2紫銅側(cè)的焊縫晶粒生長具有強(qiáng)烈的方向性，形成了柱狀晶組織。圖7（b）中焊縫中心的組織由致密的等軸晶組成，晶粒均勻細(xì)小。采用雙面焊時(shí)，焊接熱輸入小，焊縫中心熔池在凝固過程中溫度梯度較小，結(jié)晶速率較大，成分過冷非常顯著，所以導(dǎo)致大量等軸晶形成且晶粒較小。圖7（c）中Q235側(cè)焊縫組織以樹枝晶為主，Q235鋼的導(dǎo)熱能力低于T2紫銅，加之電弧偏向紫銅側(cè)，因此Q235側(cè)溫度梯度較小，冷卻速度較慢，形成了以樹枝晶為主的晶粒形貌，明顯不同于T2紫銅側(cè)的柱狀晶形貌。

焊縫各區(qū)域的EDS點(diǎn)成分分析結(jié)果如表1所示。點(diǎn)1、3、5分別是T2紫銅側(cè)焊縫區(qū)域、焊縫中心以及Q235側(cè)焊縫區(qū)域晶體內(nèi)的點(diǎn)成分，點(diǎn)2、4、6分別是3個(gè)區(qū)域晶界處的點(diǎn)成分?？梢钥闯?，3個(gè)區(qū)域無論是晶內(nèi)還是晶界，其成分均滿足高熵合金的元素占比要求（各元素原子占比均在5% ～ 35%），因此焊縫各區(qū)域組織均具有高熵化特征。3個(gè)區(qū)域中均有Cu元素在晶界偏聚、Fe元素在晶內(nèi)偏聚現(xiàn)象?？拷黅2紫銅側(cè)的晶界處由于母材Cu的大量熔入，Cu元素偏聚最嚴(yán)重；靠近Q235側(cè)，Cu元素偏聚現(xiàn)象大大減輕。Cu的熔點(diǎn)較低，在其他元素結(jié)晶凝固形成高熵合金相時(shí)，部分Cu元素仍處于流動(dòng)狀態(tài)，被排擠到晶間位置，形成晶間富集。而Cu與Fe的相容性極差，隨著晶間Cu富集，不能與之相容的Fe原子被向晶內(nèi)排擠，形成Fe元素的晶內(nèi)富集。相比于鑄態(tài)高熵合金，因?yàn)楹缚p冷卻速度快，熔池停留時(shí)間短，結(jié)晶快，因此Cu元素在晶界處的偏聚不如鑄態(tài)高熵合金嚴(yán)重，表現(xiàn)出焊縫組織晶粒分布更加致密，晶間區(qū)域更加狹小。圖8為焊縫中心區(qū)域的EDS成分面掃描圖，可以看出，焊縫中心區(qū)域各元素分布比較均勻，沒有明顯的大區(qū)域的成分偏析現(xiàn)象。

圖9為焊縫組織的XRD衍射圖譜。利用MDI Jade6.0軟件將衍射圖譜與軟件中的標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對分析，發(fā)現(xiàn)焊縫物相組成與Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金中間層一樣，均為單相FCC固溶體結(jié)構(gòu)，沒有出現(xiàn)新的金屬間化合物。在焊接過程中Q235鋼和T2紫銅均有熔化進(jìn)入熔池，改變了原有高熵合金中間層的成分占比；但由于高熵合金的超級固溶特性，F(xiàn)e、Cu的熔入并沒有改變其物相結(jié)構(gòu)，沒有脆性金屬間化合物產(chǎn)生，也沒有鋼和銅直接焊接產(chǎn)生的液相分離和晶間滲透裂紋，實(shí)現(xiàn)了焊縫金屬高熵化的目的。

2.3 接頭性能與斷口形貌

圖10為焊接接頭的維氏硬度分布。由圖10可以看出，焊縫區(qū)的硬度高于T2紫銅，略低于Q235鋼，介于T2紫銅和Q235鋼之間，使整個(gè)焊接接頭具有良好的硬度梯度。整個(gè)焊縫區(qū)的硬度近似相等，沒有大的突變，進(jìn)一步說明焊縫區(qū)沒有脆硬的金屬間化合物產(chǎn)生。T2紫銅側(cè)熱影響區(qū)的硬度略低于銅母材，出現(xiàn)一定程度的軟化，這是銅側(cè)熱影響區(qū)在焊接熱的作用下發(fā)生了一定程度的晶粒粗化和位錯(cuò)密度降低的結(jié)果。Q235側(cè)熱影響區(qū)硬度與鋼母材基本相同，這是因?yàn)楹附舆^程中電弧偏向銅側(cè)，加之銅的散熱能力強(qiáng)，使鋼側(cè)熱輸入較小，熱影響區(qū)過熱現(xiàn)象不明顯，因此硬度變化不大，沒有出現(xiàn)明顯的軟化。

圖11為T2紫銅和焊接接頭的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和拉斷后的試樣形貌。由圖11可以看出，焊接接頭的3個(gè)拉伸試樣均斷裂在銅母材側(cè)的熱影響區(qū)，說明焊縫的結(jié)合強(qiáng)度高于銅母材，利用Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金作為中間層可以實(shí)現(xiàn)鋼/銅異種金屬的可靠連接。3個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度分別為227、223 和220 MPa，斷后延伸率分別為40%、43%和43%。T2紫銅的抗拉強(qiáng)度為248 MPa，焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到T2紫銅母材的91%，焊接過程中銅母材側(cè)熱影響區(qū)的軟化是導(dǎo)致焊接接頭抗拉強(qiáng)度略低于T2紫銅的主要原因。在電鏡下對焊接接頭斷口的微觀形貌進(jìn)行觀察，如圖12所示?？梢钥闯?，斷口上有大量韌窩出現(xiàn)，表現(xiàn)出韌性斷裂特征。

3 結(jié) 論

（1）設(shè)計(jì)出的Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金為單相FCC結(jié)構(gòu)，具有良好的強(qiáng)度和塑韌性，可作為銅-鋼異種金屬TIG焊的中間層材料。

（2）利用Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金作為中間層材料，采用TIG焊方法實(shí)現(xiàn)T2紫銅和Q235鋼的可靠連接，焊縫成形美觀，無焊接缺陷，焊縫區(qū)組織為單相FCC結(jié)構(gòu)，具有顯著的高熵化特征。

（3）基于Fe5Co30Cr30Ni30Cu5高熵合金中間層的T2紫銅和Q235鋼的焊接接頭平均抗拉強(qiáng)度為225 MPa，達(dá)到銅母材的91%，斷裂發(fā)生在紫銅側(cè)熱影響區(qū)，斷口表面有大量韌窩，試樣的平均斷后延伸率達(dá)到42%，表現(xiàn)出韌性斷裂的特征。

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