基于孪晶强化机制的AlCoCrFeNi2.1焊接接头强度与塑性协同增强研究

本文系统研究了通过电弧钨极焊接（ATW）技术在轧制态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金（EHEA）焊接接头中引入高密度退火孪晶的创新策略。研究证实，孪晶强化（twin strengthening）机制显著提升了接头强度（屈服强度743.95 MPa，抗拉强度1872.14 MPa）与塑性（延伸率24.36%），其性能全面优于母材（BM），为核能领域高熵合金焊接结构强度-塑性协同优化提供了新范式。

　　

亮点 (Highlights)

本研究通过电弧钨极焊接技术，在轧制态AlCoCrFeNi_2.1基材的焊接接头中成功引入了高比例退火孪晶。电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）分析证实了熔合区（FZ）内孪晶的存在。力学性能测试显示，接头的屈服强度、抗拉强度和延伸率均显著优于母材，实现了强度与塑性的协同提升。进一步机制分析表明，退火孪晶对抗拉强度和延伸率贡献突出，而晶粒细化则对屈服强度影响更为显著。

材料与方法 (Materials and methods)

AlCoCrFeNi_2.1合金采用特定原子比例，通过真空悬浮熔炼炉在氩气气氛下制备。为提升质量，进行了五次熔炼步骤。随炉冷却后，在100°C ~ 150°C区间内开模。初轧温度为1100°C，终轧温度为1050°C。每道次轧制减薄50–60 μm，直至达到目标厚度。

微观结构 (Microstructure)

图2a展示了电弧焊接AlCoCrFeNi_2.1接头的横截面宏观结构，表明获得了无缺陷的焊接接头。图2b显示了熔合区的高角环形暗场（HAADF）图像，呈现出典型的面心立方（FCC） + 体心立方（BCC）共晶微观结构。相应地，在热影响区（HAZ）和母材（BM）区域也观察到了典型的共晶结构，如图2c和图2d所示。熔合区显示出独特的微观结构特征。

强化机制 (Strengthening mechanisms)

如上所述，本研究采用电弧钨极焊接方法实现了AlCoCrFeNi_2.1焊接接头较高的屈服强度。先前研究表明，固溶强化对类似合金体系的贡献可忽略不计。因此，本文主要关注晶界强化（Δσ_G）、退火孪晶界强化（Δσ_TB）和位错强化等机制的贡献。

结论 (Conclusions)

本研究尝试通过电弧钨极焊接方法引入退火孪晶，以获得同时具备高强度和高塑性的AlCoCrFeNi_2.1焊接接头。采用EBSD、TEM、拉伸试验和显微硬度测试等多种表征方法，评估了接头的微观结构和力学性能。随后讨论了其强度贡献机制。主要结论如下。