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Ti6Al4V钛合金与FeCoNiCrMn高熵合金激光焊接组织性能研究

摘要：激光焊接被广泛应用于合金的加工工艺中，它利用极高的温度、搅拌作用和极快的冷却速度对材料的微观组织及性能产生影响。本文选取Ti6Al4V钛合金与FeCoNiCrMn高熵合金作为研究对象，进行Ti6Al4V/Ti6Al4V、FeCoNiCrMn/FeCoNiCrMn同种合金焊接和Ti6Al4V/FeCoNiCrMn异种合金焊接，研究合金焊接后微观组织和力学性能的变化，为其焊接研究提供理论依据。

对Ti6Al4V/Ti6Al4V同种钛合金进行激光焊接，接头平均抗拉强度高于957 MPa，熔区显微硬度最高。电子探针结果表明熔区有α相稳定性元素铝的损失。熔区内由针状α'马氏体和柱状β相组成。不同尺度的针状α'马氏体相互交错。等轴超细晶粒和纳米晶粒在针状α'马氏体的相交处形成。通过纳米压痕区分了不同尺度α'相的力学性能，发现熔区中的针状α'马氏体对熔区硬度的增加有明显的作用，与次生针状α'马氏体相比，初生针状α'马氏体的塑性更好。

对FeCoNiCrMn/FeCoNiCrMn同种高熵合金进行焊接，研究激光焊接后熔区微观组织和力学性能的转变。接头的平均抗拉强度达到524MPa。FeCoNiCrMn高熵合金焊接接头的硬度与抗循环变形能力都得到了提高。熔区内为定向生长的细小枝晶，富锰碳相析出于熔区的晶粒和晶界内对位错和晶界起钉扎作用。

利用偏移激光束和添加Cu中间层两种方法进行Ti6Al4V/FeCoNiCrMn异种合金激光焊接。偏束焊中，熔区靠近钛合金边缘上由于Ti元素聚集而形成的Ti-Fe金属间化合物层随着钛合金熔化量的降低而降低。Ti-Fe金属间化合物层相互连接形成骨架会产生较大的应力集中，焊接后在应力的作用下导致接头断裂。在添加纯Cu中间层的焊接的方法中，由于激光的冲击搅拌作用各元素充分混合。接头由富Cu与富高熵合金组分区组成。Cu中间层的加入可以将Ti-Fe金属间化合物分散隔离开，不至于形成连续分布的Ti-Fe化合物层，并且富Ti相弥散分布于熔区中，这有效地降低了Ti-Fe金属间化合物的脆性，提高了接头强度。纳米压痕的结果表现出富Cu相硬度要远小于富Ti相，这有利于减少焊接应力带来的不利影响。
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