松山湖资料实验室《JMST》：316LN奥氏体不锈钢和高熵合金的异种激光焊接头安排与功能研讨

  本文研讨了CrMnFeCoNi合金与316LN不锈钢异种激光焊接接头的显微安排和力学功能。体系剖析了不同变形温度下焊缝中的显微安排演化对力学功能的影响规则及其微观机理。焊接接头的室温文低温抗拉强度均能到达母材强度的90 %以上，为未来高熵合金作为低温结构资料使用于核聚变超导磁体、氢动力以及航空航天范畴供给了根底数据和理论支撑。

  现在，316LN奥氏体不锈钢因为具有优异才能的归纳力学功能被选为世界热核聚变实验堆（ITER）项目中的结构资料。但是，跟着核聚变超导磁体磁体体系的一直在晋级，将需求具有更高强度和耐性的低温结构资料来反抗施加在盔甲及其超导资料上的强壮电磁力。高熵合金（HEA）具有杰出的机械功能（高强高韧），使其成为在低温下运用的潜在候选结构资料，以接受超导磁体执役期间发生的洛伦兹力施加的高应力。另一方面，考虑到加工周期和本钱，在大型超导磁体结构规划进程中，高应力区域部件将挑选具有较高强度和耐性的结构资料，低应力区域将运用316LN等奥氏体不锈钢资料。因而，有必要在部件的制作的完好进程中展开316LN和高熵合金之间的牢靠焊接工艺研讨。本作业旨在研讨316LN/高熵合金异种焊接接头的微观安排演化及低温力学功能，推进高熵合金资料在大科学设备及氢动力等范畴的工程化使用。

  松山湖资料实验室王维研讨员与中科院理化所李来风研讨员团队（杨潇副研讨员）以及南昌航空大学王善林教授等单位科研人员协作，经过研讨CrMnFeCoNi合金与316LN异种激光焊接接头在塑性变形进程中的安排演化发现，室温条件下焊缝的变形安排首要由位错、层错和变形孪晶组成，孪生和位错滑移相互竞争、相互促进，一起完成资料的塑性变形。当变形温度下降至77K时，变形孪晶的体积分数逐步增大，位错滑移明显遭到按捺，变形孪晶的构成主导了塑性变形进程。此外，低温条件下并未发现马氏体改变。取得的优异焊接接头力学功能，将提高高熵合金作为聚变反应堆、氢动力以及航天航天等范畴结构资料使用的潜力。相关研讨成果以“Dissimilar laser welding of CrMnFeCoNi high entropy alloy and 316LN stainless steel for cryogenic application”为题，宣布在《Journal of Materials Science & Technology》上。

  图1焊接接头的SEM图：（a）焊接接头微观描摹，（b）EDS线扫描的元素分布图，（c）316LN侧熔合线邻近的EDS图，（d）CrMnFeCoNi侧熔合线邻近的EDS图，（e）熔合区中心的ESD图。

  图2焊接接头的EBSD图：（a）和（b）反极图（IPF），（c）晶界分布图，（d）KAM图，（e）和（f）相图，（g）晶界取向差图。

  图4焊缝区域的TEM图：（a）TEM-BF图，（b）SAED图，显现单相FCC结构，（c）和（d）晶界和晶粒内部的HRTEM图（带FFT图）。

  图5焊接接头的拉伸功能：（a）室温文77K的应力-应变曲线，（b）室温下断口SEM图，（c）77K断口SEM图，（d）颗粒的EDS剖析。

  图6纳米压痕测验：（a）焊接接头的硬度分布图，（b）和（c）两边熔合线邻近的典型载荷-位移曲线

  本文体系研讨了CrMnFeCoNi高熵合金与316LN奥氏体不锈钢异种激光焊接接头在室温文低温下的显微安排与力学功能。使用SEM，XRD，EBSD和TEM等技能剖析了塑性变形进程中的微观结构演化对力学功能的影响。依据成果得出，焊接接头的室温文低温抗拉强度均能到达母材强度的90 %以上。在77K低温塑性变形进程中，孪晶主导了变形进程，并未发现马氏体改变。未来完成高熵合金功能的更大提高，以及优化焊接工艺参数，取得优质的焊接接头并对异种接头4.2K条件下的显微安排演化规则和力学功能的相关性展开深入研讨，这将有利于推进高熵合金在低温工程中的实践使用。

  王维，松山湖资料实验室有用超导研讨团队研讨员，博士生导师，广东省严重人才工程青年优秀人才，我国船舶军民交融发展研讨中心智库专家，广东省高层次人才评定专家。长时间致力于有用超导相关低温资料与体系研制。掌管了科技部要点研制方案课题、国家自然科学基金面上、粤莞联合基金要点项目、广东省JMRH专项资金等国家、省部级横纵向项目20余项。在Adv. Mater.，J. Mater. Sci. Technol., Scripta Mater. 和Mater. Des.等学术期刊上宣布论文56篇，受理/授权专利14项。

  信纪军，松山湖资料实验室副研讨员，在中科院等离子体物理研讨所作业期间，首要是做聚变堆超导磁体规划及制作相关方面的工程使用根底研讨，参加ITER PF6极向场线圈收购包、ITER CC校对场线圈收购包以及我国聚变工程实验堆（CFETR）的测验渠道相关部件的要害制作工艺及研制技能。2020年7月参加松山湖资料实验室有用超导薄膜研讨团队，首要展开低温结构资料、低温测验技能和超导磁体研制技能等作业。现在宣布学术论文 50余篇，请求发明专利 20余项。