SUPERVISOR
Alireza Alafchian,Morteza Shamanian esfahani,Rahmatollah Emadi
علیرضا علافچیان (استاد مشاور) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) رحمت اله عمادی (استاد راهنما)
STUDENT
Younes Asghari Bayati
یونس اصغری بیاتی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Effects of bonding time and temperature on microstructure and mechanical properties of Transient Liquid Phase Bonded Inconel 617 to 310 Stainless Steel
In this research, joining of 310 Stainless Steel to 617 Inconel superalloy through Transient Liquid Phase Bonding (TLP) has been studied. In doing so, samples with the size of 10×10×5 mm is prepared, and then the surfaces to be joined were grounded and degreased. Thereafter, AWS BNi2 foil as interlayer placed between base materials and this set put inside a fixture. The fixture made of graphite and the purpose of its utilization was maintaining of samples alignment. To decrease bonding time and temperature, on each brazing set an additional specimen were put, 383Pa exerted. Bonding of specimens accomplished under argon atmosphere in 1050 ?C and 1100 ?C for 10, 22, 37, 50 and 60 minutes. Afterward, joints with complete isothermally solidified microstructure was homogenized in 1170 ?C for 180 minutes. Then, samples were cut and prepared for optical metallography. To investigate more details of microstructures, samples were studied by scanning electron microscopy (SEM). Also, distribution of alloying elements around joints area was studied by using of Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) technique. Finally, mechanical properties of joints were evaluated through measuring of shear strength as well as assaying of hardness profile around joint area. Results revealed that samples which bonded in 1050 ?C and 60 minute as well as 1100 ?C and 50 minute had a complete isothermally solidification, other bonded samples were comprised some athermally solidification zone (ASZ) and the width of this region was decreased by increasing bonding time and temperature. In interface of base materials and interlayer of bonded samples, concentration of alloying elements beside microstructural differences were detected. Such regions were evidences for diffusion affected zone (DAZ) and their extent decreased by increasing the bonding time and temperature while the quantity of intermetallic phases decreased. The intermetallic phases of DAZ supposed to be borides. Phases of interlayer were included of nickel based proeutectic solid solution in isothermally solidified zone (ISZ) and a mixture of nickel based eutectic solid solution, borides and silicides in ASZ. Analyzing of microhardness profile around bonding region of samples which were bonded through different parameters showed increasing of hardness in DAZ and ASZ. In addition, by increasing of bonding time and temperature, the hardness changes in base material and DAZ showed a gentle gradient beside, that maximum hardness of all zones decreased. Investigation of microstructure and microhardness profile of homogenized specimen was an evident for DAZ elimination. Evaluation of shear strength of all samples represented maximum hardness for homogenized one while in others the shear strength increased by increasing of bonding time and temperature. Keywords : Transient Liquid Phase Bonding, Isothermall Solidification, 617 Inconel, 310 Stainless Steel, Diffusion Affected Zone.
در این پژوهش اتصال فولاد زنگ نزن 310 به سوپرآلیاژ اینکونل 617 به روش پیونددهی فاز مایع گذرا و بهینه یابی پارامترهای این فرایند مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا نمونه هایی با ابعاد mm 5×10×10 تهیه شده و سطوح این نمونه ها توسط سمباده زنی و چربی زدایی آماده سازی شد. سپس از فویل AWS BNi2 به عنوان لایه واسط و عامل پیونددهی استفاده شد. این فویل بین نمونه های آماده سازی شده از آلیاژهای پایه قرار گرفته و مجموعه آنها درون نگهدارنده ای مستقر شدند. نگهدارنده از جنس گرافیت انتخاب و توسط پیچ هایی جهت حفظ هم ترازی سیستم ساخته شد. بر روی هر سری از نمونه ها فشاری معادل383 پاسکال به منظور کاهش دما و زمان پیونددهی اعمال شد. نمونه ها طی 9 سری آزمون در دماهای 1050 و °C1100 و زمان های 10، 22، 37، 50 و 60 دقیقه در کوره ای با اتمسفر آرگون پیونددهی شدند. در مورد نمونه هایی که پس از پیونددهی حایز انجماد کاملا همدما بودند عملیات همگن سازی در دمای °C1170و زمان 180 دقیقه انجام گرفت. نمونه های ساخته شده مقطع زده و به منظور متالوگرافی آماده سازی شدند. همچنین بررسی دقیق تر ریزساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. ترکیب شیمیایی فازهای منطقه اتصال و تغییرات غلظت عناصر آلیاژی در موضع اتصال با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیز تفکیک انرژی مطالعه شد. نهایتا استحکام برشی و تغییرات سختی موضع اتصال نمونه ها آزمون شد. نتایج حاصل بیانگر تکمیل انجماد همدما در نمونه های پیونددهی شده در دمای °C1050 و زمان 60 دقیقه و دمای °C1050و زمان 50 دقیقه بود، سایر نمونه ها حاوی منطقه انجماد غیرهمدما بوده و مقدار این منطقه با افزایش دما و زمان پیونددهی کاهش یافت. در فصل مشترک لایه واسط و آلیاژهای پایه نمونه های پیونددهی شده، تمرکز غلظتی عناصر مختلف و تغییرات ریزساختاری مشاهده شد. این مناطق بیانگر وجود منطقه متاثر از نفوذ در این نواحی بودند. میزان گستردگی این مناطق با افزایش دما و زمان پیونددهی بزرگتر شده لیکن مقدار فازهای ترد بین فلزی موجود در آنها ضمن افزایش پارامترهای مذکور با کاهش مواجه شدند. ماهیت ترکیبات بین فلزی منطقه متاثر از نفوذ از جنس ترکیبات بورایدی غنی از عناصر آلیاژهای پایه تشخیص داده شد. فازشناسی منطقه لایه واسط حاکی از وجود فاز محلول جامد پرویوتکتیکی غنی از نیکل در منطقه انجماد همدما بوده و منطقه انجماد غیرهمدما متشکل از فاز محلول جامد یوتکتیکی غنی از نیکل و فازهای یوتکتیکی بین فلزی بورایدی و سیلیسایدی بود. تحلیل تغییرات ریزسختی مناطق مختلف نمونه های پیونددهی شده ضمن شرایط پیونددهی گوناگون بیانگر افزایش سختی در مناطق متاثر از نفوذ و منطقه انجماد غیرهمدما بوده و سختی در منطقه متاثر از نفوذ با افزایش دما و زمان پیونددهی با شیب ملایمتری تغییر کرده و نیز مقادیر حداکثری این مشخصه با افزایش متغیرهای مذکور تنزل یافت. بررسی ریزساختار و ریزسختی نمونه همگن سازی شده دلالت بر حذف تقریبا کامل مناطق متاثر از نفوذ بود. ارزیابی استحکام برشی نمونه ها یبانگر حداکثر بودن این پارامتر در نمونه همگن سازی شده بوده و ضمنا با کاهش منطقه انجماد غیرهمدما میزان استحکام برشی در نمونه های همگن سازی نشده افزایش یافت. کلمات کلیدی فرایند پیونددهی فاز مایع گذرا، انجماد همدما، اینکونل 617، فولاد زنگ نزن 310، منطقه متاثر از نفوذ