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CN110315237A - 一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法 - Google Patents

一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法 Download PDF

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CN110315237A
CN110315237A CN201910664362.3A CN201910664362A CN110315237A CN 110315237 A CN110315237 A CN 110315237A CN 201910664362 A CN201910664362 A CN 201910664362A CN 110315237 A CN110315237 A CN 110315237A
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CN
China
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wire
welding
surfacing
cable
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CN201910664362.3A
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陈峯
王凯
梁少兵
林惠娴
王钰
魏宏兵
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Foshan University
Original Assignee
Foshan University
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Publication date
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    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明提供了一种缆式焊丝,用于高熵合金制备领域,包括一根中心焊丝与若干根环绕焊丝,若干根所述环绕焊丝螺旋旋绕所述中心焊丝绞合,且各相邻所述环绕焊丝相切连接;所述环绕焊丝的直径不大于所述中心焊丝的直径,且所述环绕焊丝至少为3根,所述环绕焊丝与所述中心焊丝按照高熵合金的配方选择原料,所述原料包括金属丝,还提供了用所述缆式焊丝制备高熵合金零件的方法。本发明解决现有技术存在的成本高,制备效率低,合金成分调节不方便,化学成分和组织不均匀,易产生气孔、裂纹、夹渣、空隙及缩孔等缺陷等问题。

Description

一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法
技术领域
本发明涉及高熵合金焊接增材领域,具体而言,涉及一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法。
背景技术
高熵合金作为一种全新的合金设计理念,具有许多传统合金所没有的结构特性和性能。高熵合金根据研究和应用领域的不同,可选择不同的制备方法。高熵合金目前多以块体和薄膜两种形态制备。对于块体多主元合金,目前最常使用的方法是真空电弧熔炼、真空电磁感应熔炼、粉末冶金、机械合金化、选择性激光熔化等方法。
经过海量检索,发现现有技术中的焊丝如公开号为EP0864394A1公开的一种焊丝,其能够提高焊接金属与焊丝表面之间的润湿性,从而在焊丝的电阻焊接中提供优异的可拉伸性和可焊性。将金属丝浸入碱金属硫化物或硫化铵的水溶液中,在表面上生成硫化铁(FeS2或FeS),从而在所得到的金属丝的电阻焊接中提高焊接金属对金属丝表面的润湿性。通过X射线光电子能谱测定的值,硫化铁中的S优选以0.1-20原子%的量存在。除了硫化铁之外,可以在线表面上产生具有Mn,Ti,Cu,Cr,Ni,Al或Zn元素的S的硫化物。或如公开号为US20020037420A1公开的一种焊丝,包括电镀或未覆盖的实心焊丝和用于碳钢或不锈钢的药芯焊丝,其中一种或多种烃化合物选自饱和或不饱和烃化合物,其具有5种在12个碳原子和直链或支链结构上,具有环状结构的烃化合物沉积在线表面上。润滑油和/或润滑颗粒通过一种或多种烃化合物与金属丝表面化学结合。沉积在金属丝表面上的烃化合物和润滑油和/或润滑颗粒的总量为每10kg金属丝0.1至5g。或如公开号为CN1035420C公开的一种焊丝,是一种焊接材料,用于焊接工艺。本发明的技术方案是:钢质裸焊丝外镀有一起阳极保护作用,由锰或锰合金组成的镀锰层,它有别于传统的镀铜焊丝中铜的电极电位比铁高的阴极保护镀层。它可有效的提高焊丝的抗蚀性,从而延长其保存期,可用于机械制造、造船、锅炉及汽车制造等行业的埋弧焊及二氧化碳气体保护焊。
综上所述,真空电弧熔炼技术是研究者使用最多的方法,利用电弧放电加热熔化金属,熔炼结束后再使金属液在水冷铜模内冷却凝固成型。该方法熔炼温度较高,可熔炼熔点较高的合金,并且对于易挥发杂质和某些气体的去除具有良好的效果。但是该方法存在许多缺点,首先,低熔点元素易于挥发,导致很难控制元素的烧失率,使得最终元素含量与设计的元素含量相差很大;其次,坩埚的大小限制了高熵合金的大规模制备,制备的合金铸锭尺寸较小,通只适用于合金组织性能的初步检测分析,不适合工业化生产;最后,每次熔炼需要数小时,且需要经过多次熔炼才能混合均匀。
真空感应熔炼可以一次性熔炼较多合金,但是在凝固过程中,铸态合金容易出现内应力大、成分偏析以及缩孔等缺陷;其次,无法熔炼高熔点的合金,由于高熵合金主元元素选取中一般会包含一种甚至多种高熔点元素,限制了其适用范围。
粉末冶金技术也是使用较多的一种制备高熵合金的方法,该方法能够消除合金元素偏析,具有组织均匀、晶粒细小、材料利用率较高等优点,但是合金中存在一些夹渣物和热诱导孔洞等缺陷,影响了力学性能。
机械合金化法制备的高熵合金具有结构稳定、成分均匀的特点,各种力学性能都要优于传统的熔炼方法。但是由于制备出来的产品为粉末状态,需要选择适当的方法使其进一步固结为块体;熔点越高的元素,所需要的研磨时间越长,制备效率低;合金粉末在球磨过程中,将不可避免地受到污染,会改变合金的相组成和结构,降低合金的塑性和韧性。
选择性激光熔化是近十几年来快速发展的一种技术。该方法的优点是金属零件致密度高,屈服强度和抗拉强度高,具有较高的延伸率,能够制造复杂精密零件,然而工艺较复杂,成型速度较低,成本高,难以应用于大规模制造。
发明内容
本发明提出了一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法以解决所述问题,
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种缆式焊丝,用于高熵合金制备领域,包括一根中心焊丝与若干根环绕焊丝,若干根所述环绕焊丝螺旋旋绕所述中心焊丝绞合,且各相邻所述环绕焊丝相切连接;所述环绕焊丝的直径不大于所述中心焊丝的直径,且所述环绕焊丝至少为3根,所述环绕焊丝与所述中心焊丝按照高熵合金的配方选择原料,所述原料包括金属丝。
进一步地,所述高熵合金,包括5种以上主要合金元素,不多于15种次要合金元素,且每种主要合金元素的原子百分含量为5%或以上,每种次要合金元素的原子百分含量为5%或以下。
进一步地,所述金属丝包括单质金属丝以及合金金属丝。
一种利用所述缆式焊丝制备高熵合金的方法,包括如下步骤:
Ⅰ)将高熵合金组成元素的金属丝作为缆式焊丝的中心焊丝或环绕焊丝,通过改变环绕焊丝的直径、数量以及中心焊丝的直径,使缆式焊丝成分满足高熵合金的成分配比;
Ⅱ)依据高熵合金的结构设计热源的行走路径,并选择堆焊起始点;
Ⅲ)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗,将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定;
Ⅳ)堆焊开始后,热源将所述缆式焊丝熔化并沿着设定路径行走一次,随后凝固成型;
Ⅴ)根据单次堆焊的厚度,改变热源与堆焊件间的高度,使之与设定值保持一致,随后继续堆焊下一次;
Ⅵ)重复步骤Ⅳ)和Ⅴ),直至完成所设定的堆焊次数,得到所述高熵合金。
进一步地,所述热源为高温电弧。
进一步地,所述步骤Ⅲ)中堆焊开始后,热源移动时同时释放保护气体。
本发明所取得的有益技术效果是:
1、解决现有技术存在的成本高,制备效率低,合金成分调节不方便,化学成分和组织不均匀,易产生气孔、裂纹、夹渣、空隙及缩孔等缺陷等问题。
2、缆式焊丝融化时,环绕焊丝将会发生逆焊丝缠绕方向的位移,从而使熔滴发生了旋转,形成了独特的旋转熔滴过渡形式,这有利于溶池中冶金反应的充分进行以及气泡的溢出,减少了沉积件中的冶金缺陷,从而提高了高熵合金的综合性能。
3、与传统的制造方法相比,本发明提出的利用缆式焊丝协同增材制造制备高熵合金的方法有制备工艺简单,生产周期短等优点。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制,而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中,相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例之一中使用缆式焊丝制备高熵合金零件的示意图;
图2是本发明实施例之一中一种缆式焊丝的结构示意图。
图3是本发明实施例之一中一种缆式焊丝的结构示意图。
附图标记说明:1-熔化极氩弧焊焊抢;2-缆式焊丝;3-堆焊件;4-基板;5-氩气保护气。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合其实施例,对本发明进行进一步详细说明;应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言,在查阅以下详细描述之后,本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内,并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征,并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明为一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法,根据附图说明所示讲述以下实施例:
实施例一:
缆式焊丝的焊接性能与外围焊丝的捻距有关。所谓捻距是指外围焊丝围绕中心焊丝旋转一周(360°)相应两点间的直线距离。目前,在生产实践中通常将缆式焊丝看成是单股原材料,并参照单股原材料的标准确定缆式焊丝的捻距。即根据国标GB/20118-2008的规定,单股原材料捻距=捻距倍数X绳径(或股径),1X7的捻距倍数不大于10.5,一般生产厂采用6.5-7.0。对于单丝直径为1mm的I X 7(即1+6)的单股原材料,其绳径大致等于3,则捻距应小于31.5mm,一般生产厂实际捻距为20mm左右。
现有的堆焊方法有热丝TIG堆焊、手工焊条电弧焊堆焊、带极堆焊、等离子堆焊、激光堆焊、爆炸焊等,其中对于应用工况较为严格且堆焊层厚度要求较薄如3-5mm通常为热丝TIG堆焊、等离子堆焊、激光堆焊、手工焊条电弧焊堆焊,对于堆焊厚度要求8mm以上通常为埋弧堆焊及熔化极气体保护焊堆焊。其中热丝TIG堆焊单枪每小时熔敷效率仅0.8kg左右,效率较低,但熔深较小,焊枪可伸入管道、设备内腔,且可实现全位置自动化堆焊,其主要应用与工况要求严格的场合如加氢装置、海底输油管线、井口头、采油树、阀门等。手工焊条电弧焊操作灵活但局限于焊工的人为影响及视线盲区、手臂操作盲区等,通常应用于小构件外表面等易于操作且要求不高的场合。带极堆焊具有高效率、熔深稍浅的优势,但其对于阀门、弯头等异形件难以实现焊接,且焊接位置仅局限于平焊,并对于小通道焊接亦无法实现,其常用于压力容器筒体、较大丝径的管道等堆焊。激光及等离子堆粉末冶金堆焊具有高能、高效、浅熔深的优势,但局限于设备本身价格较高,且由于枪头的限制仅适用于小构件的外表面堆焊。爆炸复合焊效率较高,但其局限于爆炸复合本身质量难以控制,其主要应用于工况简单、便于检修且如压力要求不高的场合。普通埋弧及熔化极气体保护焊堆焊具有高效特征,尤其是熔化极气体保护焊亦具备全位置、异形件、小通道等全自动化焊接功能,但其主要局限于焊接熔深过大,稀释率过高,因此仅适用于堆焊厚度较厚的应用场合。
一种缆式焊丝,用于高熵合金制备领域,包括一根中心焊丝与若干根环绕焊丝,若干根所述环绕焊丝螺旋旋绕所述中心焊丝绞合,且各相邻所述环绕焊丝相切连接;所述环绕焊丝的直径不大于所述中心焊丝的直径,且所述环绕焊丝至少为3根,所述环绕焊丝与所述中心焊丝按照高熵合金的配方选择原料,所述原料包括金属丝。所述缆式焊丝可以由以下多种单质金属丝组合而成:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn等。缆式焊丝也可变成1+5的模式。
进一步地,所述高熵合金,包括5种以上主要合金元素,不多于15种次要合金元素,且每种主要合金元素的原子百分含量为5%或以上,每种次要合金元素的原子百分含量为5%或以下。
进一步地,所述金属丝包括单质金属丝以及合金金属丝。所述缆式焊丝可以由以下多种金属成分的合金金属丝组合而成:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn等。
一种缆式焊丝的制备方法,包括以下步骤:
1)制造所述外围焊丝,原材料为n股金属丝(丝径均为d0),通过冷拔系统1调节,按需逐步通过多次冷拔工序以缩小丝径,当得到所需丝径的金属丝时,绞合成所需目标成分的缆式焊丝,包括所述中心焊丝(丝径dn)和螺旋旋绕所述中心焊丝所设置的n-1根所述外围焊丝,各所述外围焊丝的丝径分别为di(1<=i<n),且各相邻所述外围焊丝相切设置。
根据所需合金成分的摩尔比,求出质量比,进而求出丝径比,以其中一种原材料2丝径作为基准同时作为所述中心焊丝,冷拔系统1可求出另外n-1股金属丝的丝径,配置相应冷拔次数m。0.5mm<di<2mm(1<=i<=n);
2)绞合,在捻距可调节的绞合装置上进行绞合,中心焊丝不旋转,密绕于中心焊丝周围的外围焊丝以螺旋升角、捻距,绕中心焊丝旋绕;
3)调直,双向去应力调直,将绞合好的缆式焊丝通过垂直于所述缆式焊丝的轴线的二垂直方向的多次折弯,消除所述缆式焊丝的残余应力;
4)对调直后的缆式焊丝进行收卷;
5)对收卷后的缆式焊丝进行分盘、包装。
步骤1)的冷拔工序具体为多股原材料通过所述冷拔系统控制计算出对应需要的冷拔次数M,然后对所述原材料进行第一次冷拔工序,获得经过第一次冷拔工序的原材料,如若还需要再冷拔,则进行第二次冷拔工序直至第M次冷拔工序,获得经过M此冷拔工序的原材料,所述原材料的丝径比为所需丝径比,可以进行下一步骤。
步骤1)中,具体的冷拔完整工序如下:
酸洗:用酸液洗去原材料表面锈蚀物和轧皮的过程,在原材料生产工艺中又叫剥壳,主要把表面的氧化物剥离,以免杂质影响开坯,损坏拉丝模具。
磷化:通俗的说就是把材料浸入磷酸盐溶液中,使其表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜的工艺。在一定程度上防止腐蚀。
开坯:通过各种拉制金属线的模具中心的一定形状的孔,圆、方、八角或其它特殊形状。当金属强行穿过模孔时尺寸、形状都发生变化。
冷拔丝:普通的金属丝,让它通过比它的直径小一点的孔中强行拉过,则金属丝直径就会变小,长度会伸长,不断重复这样的加工过程,则金属丝就会进一步变小。产生这种塑性变形以后的金属丝的硬度会增加,塑性会基本消失。不要求塑性,只要求强度的场合,可以使用这样的金属丝。
回火:因为原材料的分子结构已经破坏,只有回火再次还原原材料内部的结构。以便于再次拉丝,这样不易断裂,而且能拉到想要的强度。强度就是抗拉强度。强度是拉丝拉出来的,不是热处理出来的。这就是原材料工艺和机械加工工艺最大的区别了。强度越高,拉力越强,但是韧性越差。所以,在原材料选型上应选择合适的强度。不能一味高强度。高强度原材料拉力是强的,但是在耐磨度和柔韧性方面比较弱。
一种利用所述缆式焊丝制备高熵合金的方法,包括如下步骤:
Ⅰ)将高熵合金组成元素的金属丝作为缆式焊丝的中心焊丝或环绕焊丝,通过改变环绕焊丝的直径、数量以及中心焊丝的直径,使缆式焊丝成分满足高熵合金的成分配比;
Ⅱ)依据高熵合金的结构设计热源的行走路径,并选择堆焊起始点;
Ⅲ)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗,将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定;
Ⅳ)堆焊开始后,热源将所述缆式焊丝熔化并沿着设定路径行走一次,随后凝固成型;
Ⅴ)根据单次堆焊的厚度,改变热源与堆焊件间的高度,使之与设定值保持一致,随后继续堆焊下一次;
Ⅵ)重复步骤Ⅳ)和Ⅴ),直至完成所设定的堆焊次数,得到所述高熵合金。
附图中:1-熔化极氩弧焊焊抢,2-缆式焊丝,3-堆焊件,4-基板,5-氩气保护气。
进一步地,所述热源为高温电弧。
进一步地,所述步骤Ⅲ)中堆焊开始后,热源移动时同时释放保护气体。
实施例二:
一种缆式焊丝,用于高熵合金制备领域,包括一根中心焊丝与若干根环绕焊丝,若干根所述环绕焊丝螺旋旋绕所述中心焊丝绞合,且各相邻所述环绕焊丝相切连接;所述环绕焊丝的直径不大于所述中心焊丝的直径,且所述环绕焊丝至少为3根,所述环绕焊丝与所述中心焊丝按照高熵合金的配方选择原料,所述原料包括金属丝。所述缆式焊丝可以由以下多种单质金属丝组合而成:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn等。缆式焊丝也可变成1+5的模式。
进一步地,所述高熵合金,包括5种以上主要合金元素,不多于15种次要合金元素,且每种主要合金元素的原子百分含量为5%或以上,每种次要合金元素的原子百分含量为5%或以下。
优选地,所述主要合金元素选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn,合金范围广,便于调节合金成分,得到不同种类及性能的高熵合金;所述次要合金元素选自C、Si、B、Cr、Sn、Ti、Mo、Cu、V、Zr、Pd、Nb、Co、Y、Re、Hf、Ta、W或Al,配合主要合金元素,改善合金的性能。
进一步地,所述金属丝包括单质金属丝以及合金金属丝。所述缆式焊丝可以由以下多种金属成分的合金金属丝组合而成:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn等。
一种利用所述缆式焊丝制备高熵合金的方法,包括如下步骤:
Ⅰ)将高熵合金组成元素的金属丝作为缆式焊丝的中心焊丝或环绕焊丝,通过改变环绕焊丝的直径、数量以及中心焊丝的直径,使缆式焊丝成分满足高熵合金的成分配比;
Ⅱ)依据高熵合金的结构设计热源的行走路径,并选择堆焊起始点;
Ⅲ)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗,将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定;
Ⅳ)堆焊开始后,热源将所述缆式焊丝熔化并沿着设定路径行走一次,随后凝固成型;
Ⅴ)根据单次堆焊的厚度,改变热源与堆焊件间的高度,使之与设定值保持一致,随后继续堆焊下一次;
Ⅵ)重复步骤Ⅳ)和Ⅴ),直至完成所设定的堆焊次数,得到所述高熵合金。
附图中:1-熔化极氩弧焊焊抢,2-缆式焊丝,3-堆焊件,4-基板,5-氩气保护气。
进一步地,所述热源为高温电弧。
进一步地,所述步骤Ⅲ)中堆焊开始后,热源移动时同时释放保护气体。
具体地,步骤Ⅰ)中,所述原料还可以包括药芯粉末,将所述药芯粉末进行烘干处理、过筛处理和混料处理,得到复合粉末,金属丝进行清洗处理,得到清洗后的金属丝,将清洗后的金属丝和复合粉末进行扎丝和拉丝处理,得到直径为0.8-2.4mm的药芯焊丝;扎丝处理将金属丝放置在药芯焊丝扎机上,通过扎机将金属丝轧制成U型槽,然后向U型槽中添加混合好的复合粉末,控制复合粉末的填充率在15%~40%,粉末的填充率浮动不超过±1%,再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型,拉丝处理将通过轧机的填充有复合粉末的O型金属丝放置到拉丝机上,经过粗拉、细拉多道拉拔工艺,得到直径为0.8~2.4mm的药芯焊丝,通过设计药芯焊丝复合粉末合金元素配比、复合粉末填充率及配合不同送丝速度来制备所需的高熵合金成分,由于将粉末包在金属丝内,能够确保粉末成分的均匀性。
过筛处理将烘干后的药芯粉末使用振动筛按相同的目数过筛,去除大颗粒粉末以及大块杂质,使得每种药芯粉末粒度控制在60~100目之间;
步骤Ⅲ)中,清洗处理采用超声波清洗方式对金属丝进行清洗,去除金属丝表面油污,使金属丝表面光亮、光滑,无裂纹、孔洞、氧化皮和腐蚀痕迹,金属丝表面光亮、光滑,是为了减少轧制与拉拔时的阻力;无氧化皮和腐蚀痕迹是为了减少氧元素等杂质元素;在轧制前对金属丝进行清洗,去除金属丝表面的油污,是为了提高焊接过程稳定性,减少飞溅,提高焊道内部质量;
实施例三:
本实施例要实现基于电弧熔丝增材制造方法,利用缆式焊丝制备CuCoCrFeNi高熵合金,缆式焊丝直径为0.8mm,实心镍丝为中心焊丝,直径为0.8mm的实心铜丝、钴丝、铁丝、铬丝为外围焊丝,该缆式焊丝采用1+4的模式,即采用1根实心镍丝作为中心焊丝,4根实心铜丝、钴丝、铁丝、铬丝作为外围焊丝,采用的焊丝组合类型。制备的该缆式焊丝直径为2.4mm。需要生产的零件设计尺寸如下:底部圆柱高为400mm、内径为Φ150mm、顶部内径为Φ50mm、壁厚为10mm,总高度为800mm,所用基板尺寸为300mm×300mm×20mm。焊丝为满足高熵合金配比的缆式焊丝,基板材料为Q235钢。具体制造步骤如下:
一)将高熵合金组成元素的金属丝作为缆式焊丝的中心焊丝或环绕焊丝,通过改变环绕焊丝的直径、数量以及中心焊丝的直径,使缆式焊丝成分满足高熵合金的成分配比;将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的丝状材料作为缆式焊丝的中心焊丝或外围焊丝,依据高熵合金成分配比设计缆式焊丝,得到满足高熵合金成分配比的缆式焊丝;
二)将所述满足高熵合金成分配比的缆式焊丝作为熔丝增材制造的填充材料,采用熔丝增材制造方法制备高熵合金零件。优选地,所述的增材制造方法为MIG(melt inert-gas welding,熔化极惰性气体保护焊),具体包括如下步骤:
Ⅰ)依依据高熵合金配比,制备1+4模式的缆式焊丝,中心焊丝为直径0.8mm实心镍丝,外围焊丝由4根0.8mm的铜丝、钴丝、铁丝、铬丝组成。因此,制备的该缆式焊丝直径为2.4mm;
Ⅱ)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗,将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定;
Ⅲ)依据高熵合金的结构设计热源的行走路径,并选择堆焊起始点;选择合适工艺参数:送丝速度为2m/min,焊接速度为2mm/s,焊接电流220A,调节氩气保护气流量为20L/min,堆焊件离电弧的距离为6mm左右;
Ⅳ)堆焊开始后,等电弧一边沿设定的行走路径移动,一边将缆式焊丝熔化,随后凝固成型,当完成一层堆焊时,停止堆焊;
Ⅴ)根据上一次堆焊的厚度,改变热源与堆焊件间的高度,使之与设定值保持一致,随后继续堆焊下一次;由实验阶段的分析可知,在该参数下每层沉积厚度约为3.5mm。因此当沉积完一层后,保持堆焊件的高度不变,将焊枪抬高3.5mm,随后继续沉积下一层;
Ⅵ)重复步骤Ⅳ)和Ⅴ),当完成设定的堆焊层数230层后,停止堆焊,最终便可得到CuCoCrFeNi高熵合金。
附图中:1-熔化极氩弧焊焊抢,2-缆式焊丝,3-堆焊件,4-基板,5-氩气保护气。
综上所述,由于高熵合金本身的脆性强,难以直接拉拔成丝状材料,因此难以直接使用传统熔丝增材制造的方法制备高熵合金。本发明利用缆式焊丝的中心焊丝与外围焊丝的不同,供了一种缆式焊丝及制备高熵合金零件的方法,将高熵合金组成元素的丝状材料制备成一根缆式焊丝,让其在熔池中反应生成高熵合金,从而成功的解决了高熵合金难以使用熔丝增材制造的难题;与传统的制造方法相比,本发明提出的利用缆式焊丝电弧协同增材制造制备高熵合金的方法有制备工艺简单,生产周期短等优点;缆式焊丝融化时,外围焊丝将会发生逆焊丝缠绕方向的位移,从而使熔滴发生了旋转,形成了独特的旋转熔滴过渡形式,这有利于溶池中冶金反应的充分进行以及气泡的溢出,减少了沉积件中的冶金缺陷,从而提高了高熵合金的综合性能;组成缆式焊丝的中心焊丝与外围焊丝可用实心焊丝,其中实心焊丝中直径可调控缆式焊丝成分,进而调控沉积件的组织性能,实际应用的前景广阔;
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明,但是应当理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法,系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略,替换或添加各种过程或组件。例如,在替代配置中,可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法,和/或可以添加,省略和/或组合各种部件。而且,关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合,如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外,随着技术发展其中的元素可以更新,即许多元素是示例,并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而,可以在没有这些具体细节的情况下实践配置,例如,已经示出了众所周知的电路,过程,算法,结构和技术而没有不必要的细节,以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置,并且不限制权利要求的范围,适用性或配置。相反,前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下,可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上,其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的,并且应当理解,以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种缆式焊丝,用于高熵合金制备领域,其特征在于,包括一根中心焊丝与若干根环绕焊丝,若干根所述环绕焊丝螺旋旋绕所述中心焊丝绞合,且各相邻所述环绕焊丝相切连接;所述环绕焊丝的直径不大于所述中心焊丝的直径,且所述环绕焊丝至少为3根,所述环绕焊丝与所述中心焊丝按照高熵合金的配方选择原料,所述原料包括金属丝。
2.如权利要求1所述的一种缆式焊丝,其特征在于,所述高熵合金,包括5种以上主要合金元素,不多于15种次要合金元素,且每种主要合金元素的原子百分含量为5%或以上,每种次要合金元素的原子百分含量为5%或以下。
3.如前述权利要求之一所述的一种缆式焊丝,其特征在于,所述金属丝包括单质金属丝以及合金金属丝。
4.一种利用如前述权利要求1-3任一项所述缆式焊丝制备高熵合金的方法,其特征在于,包括如下步骤:
Ⅰ)将高熵合金组成元素的金属丝作为缆式焊丝的中心焊丝或环绕焊丝,通过改变环绕焊丝的直径、数量以及中心焊丝的直径,使缆式焊丝成分满足高熵合金的成分配比;
Ⅱ)依据高熵合金的结构设计热源的行走路径,并选择堆焊起始点;
Ⅲ)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗,将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定;
Ⅳ)堆焊开始后,热源将所述缆式焊丝熔化并沿着设定路径行走一次,随后凝固成型;
Ⅴ)根据单次堆焊的厚度,改变热源与堆焊件间的高度,使之与设定值保持一致,随后继续堆焊下一次;
Ⅵ)重复步骤Ⅳ)和Ⅴ),直至完成所设定的堆焊次数,得到所述高熵合金。
5.如前述权利要求之一所述的制备高熵合金零件的方法,其特征在于,所述热源为高温电弧。
6.如前述权利要求之一所述的制备高熵合金零件的方法,其特征在于,所述步骤Ⅲ)中堆焊开始后,热源移动时同时释放保护气体。
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