温度对奥氏体/双相不锈钢扩散焊接的影响：实验与第一性原理计算

《steel research international》：Effect of Temperature on Diffusion Bonding for Austenite/dual Phase Stainless Steel: Experimental and First-Principles Calculations

本研究系统探究了800-1200℃下304/S32304扩散焊接接头微观结构演变与力学性能，结合实验表征与第一性原理计算，发现1100℃时接头强度达720MPa（母材95%），S32304中奥氏体向铁素体转变13%，再结晶晶粒增至94%，Mn扩散导致Cr2O3界面氧化物转化为MnOxEy，揭示了扩散机制与界面稳定性的关联。

　　

摘要

通过扩散焊接将奥氏体（304）不锈钢和双相（S32304）不锈钢结合在一起，可以充分利用它们各自的互补性能，但在控制界面元素扩散和稳定性方面存在挑战。本研究系统地探讨了304/S32304扩散焊接接头在800–1200?°C温度范围内的微观结构演变和力学性能的变化规律，结合了实验表征和第一性原理计算。研究结果表明，最佳焊接温度为1100?°C时，接头达到了720?MPa的最大抗拉强度，接近304基材强度的95%。微观结构分析显示，S32304中的奥氏体有13%转变为铁素体，再结晶晶粒的比例从3%显著增加到了94%。第一性原理计算进一步证实，Mn的扩散在破坏界面Cr₂O₃氧化层稳定性方面起主导作用，使其转变为Mn_xO_y，这一结果与实验中的能量色散光谱观测结果一致。这种由Mn引起的氧化层转变，以及高温下元素相互扩散的增强和孔隙的闭合，共同决定了界面的稳定性和接头的性能。这种实验-理论相结合的方法为理解扩散机制和界面氧化层的演变提供了前所未有的原子尺度洞察，为优化不同类型不锈钢在苛刻应用中的扩散焊接参数奠定了基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。