SUPERVISOR
Alireza Alafchian,Morteza Shamanian esfahani,Rahmatollah Emadi
عليرضا علافچيان (استاد مشاور) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) رحمت اله عمادي (استاد راهنما)
STUDENT
Younes Asghari Bayati
يونس اصغري بياتي
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.
چکيده در اين پژوهش اتصال فولاد زنگ نزن 310 به سوپرآلياژ اينکونل 617 به روش پيونددهي فاز مايع گذرا و بهينه يابي پارامترهاي اين فرايند مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور ابتدا نمونه هايي با ابعاد mm 5×10×10 تهيه شده و سطوح اين نمونه ها توسط سمباده زني و چربي زدايي آماده سازي شد. سپس از فويل AWS BNi2 به عنوان لايه واسط و عامل پيونددهي استفاده شد. اين فويل بين نمونه هاي آماده سازي شده از آلياژهاي پايه قرار گرفته و مجموعه آنها درون نگهدارنده اي مستقر شدند. نگهدارنده از جنس گرافيت انتخاب و توسط پيچ هايي جهت حفظ هم ترازي سيستم ساخته شد. بر روي هر سري از نمونه ها فشاري معادل383 پاسکال به منظور کاهش دما و زمان پيونددهي اعمال شد. نمونه ها طي 9 سري آزمون در دماهاي 1050 و °C1100 و زمان هاي 10، 22، 37، 50 و 60 دقيقه در کوره اي با اتمسفر آرگون پيونددهي شدند. در مورد نمونه هايي که پس از پيونددهي حايز انجماد کاملا همدما بودند عمليات همگن سازي در دماي °C1170و زمان 180 دقيقه انجام گرفت. نمونه هاي ساخته شده مقطع زده و به منظور متالوگرافي آماده سازي شدند. همچنين بررسي دقيق تر ريزساختار نمونه ها با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام شد. ترکيب شيميايي فازهاي منطقه اتصال و تغييرات غلظت عناصر آلياژي در موضع اتصال با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي مجهز به آناليز تفکيک انرژي مطالعه شد. نهايتا استحکام برشي و تغييرات سختي موضع اتصال نمونه ها آزمون شد. نتايج حاصل بيانگر تکميل انجماد همدما در نمونه هاي پيونددهي شده در دماي °C1050 و زمان 60 دقيقه و دماي °C1050و زمان 50 دقيقه بود، ساير نمونه ها حاوي منطقه انجماد غيرهمدما بوده و مقدار اين منطقه با افزايش دما و زمان پيونددهي کاهش يافت. در فصل مشترک لايه واسط و آلياژهاي پايه نمونه هاي پيونددهي شده، تمرکز غلظتي عناصر مختلف و تغييرات ريزساختاري مشاهده شد. اين مناطق بيانگر وجود منطقه متاثر از نفوذ در اين نواحي بودند. ميزان گستردگي اين مناطق با افزايش دما و زمان پيونددهي بزرگتر شده ليکن مقدار فازهاي ترد بين فلزي موجود در آنها ضمن افزايش پارامترهاي مذکور با کاهش مواجه شدند. ماهيت ترکيبات بين فلزي منطقه متاثر از نفوذ از جنس ترکيبات بورايدي غني از عناصر آلياژهاي پايه تشخيص داده شد. فازشناسي منطقه لايه واسط حاکي از وجود فاز محلول جامد پرويوتکتيکي غني از نيکل در منطقه انجماد همدما بوده و منطقه انجماد غيرهمدما متشکل از فاز محلول جامد يوتکتيکي غني از نيکل و فازهاي يوتکتيکي بين فلزي بورايدي و سيليسايدي بود. تحليل تغييرات ريزسختي مناطق مختلف نمونه هاي پيونددهي شده ضمن شرايط پيونددهي گوناگون بيانگر افزايش سختي در مناطق متاثر از نفوذ و منطقه انجماد غيرهمدما بوده و سختي در منطقه متاثر از نفوذ با افزايش دما و زمان پيونددهي با شيب ملايمتري تغيير کرده و نيز مقادير حداکثري اين مشخصه با افزايش متغيرهاي مذکور تنزل يافت. بررسي ريزساختار و ريزسختي نمونه همگن سازي شده دلالت بر حذف تقريبا کامل مناطق متاثر از نفوذ بود. ارزيابي استحکام برشي نمونه ها يبانگر حداکثر بودن اين پارامتر در نمونه همگن سازي شده بوده و ضمنا با کاهش منطقه انجماد غيرهمدما ميزان استحکام برشي در نمونه هاي همگن سازي نشده افزايش يافت. کلمات کليدي فرايند پيونددهي فاز مايع گذرا، انجماد همدما، اينکونل 617، فولاد زنگ نزن 310، منطقه متاثر از نفوذ