Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Atapoor,Morteza Shamanian esfahani
مسعود عطاپور (استاد مشاور) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Behjat
امیر بهجت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
High-strength low alloy steels are a class of steels used in applications that require high strength and good weldability, including ship hulls, gas pipelines and oil industry. One way to build parts is fusion welding that create areas with a large grain size in the heat-affected zone and increased susceptibility to hydrogen cracking. One way to solve this problem is to use solid state friction stir welding (FSW (process. In this study, microstructure, mechanical and corrosion properties of high strength low alloy steel friction stir welding sections X-60 has been compared with gas metal arc welding (GMAW) method. The tool that used in this research for FSW is made of WC with 16mm shoulder diameter and 5mm pin diameter and for GMAW method the AWS ER70S has been used as the filler metal. Microstructural evaluation, mechanical and corrosion properties of friction stir welding X-60 cross sections examined by optical microscope, scanning electron microscopy, tensile and micro-hardness tests, open current potential, respectively. The results of the thermal history in the area of stir zone, indicating that temperature reach in stability of the austenite phase in the weld zone. Therefore, changing welding parameters and thereby, change the heat input during friction stir welding have a great impact on maximum temperature and cooling rate that cause creating ferrite and bainitic ferrite in the weld zone. This change in microstructure of weld zone cause to improve mechanical properties that increase yield strength from 380 MPa to 420 MPa. Also, the friction stir process cause increasing hardness of 220 Vickers to an average of 280 Vickers and uniform distribution of hardness in the cross-section of friction stir joints. In fusion welding the weld zone tensile strength and hardness compared with base metal has increased, but compared to the friction stir welding is less amounts.
فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا، دسته‌ای از فولادها هستند که در کاربردهایی‌که نیاز به استحکام بالا، انعطاف پذیری مناسب و قابلیت جوش‌پذیری نیاز است همچون کشتی‌سازی، صنعت خطوط لوله گاز و نفت و صنعت خودروسازی استفاده می‌شود. روش تولید و نوع عناصر میکروآلیاژی در این فولادها تعیین کننده ریزساختار و خواص مکانیکی آنها هستند. با توجه به کاربرد این فولاد اتصال دائم آن‌ها به روش جوشکاری اهمیت بالایی می یابد و مشکل عمده در این رابطه افت خواص مکانیکی و خوردگی پس از جوشکاری می باشد. ایجاد مناطقی با اندازه دانه بزرگ در منطقه متاثر از حرارت جوش و افزایش حساسیت به ترک خوردن هیدروژنی، از مهمترین چالش‌های جوشکاری ذوبی بشمار می‌رود. در این پژوهش به ارزیابی ریزساختاری و ارزیابی خواص مکانیکی و خوردگی مقطع جوش اصطکاکی اغتشاشی فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا X-60 و مقایسه آن با جوش ذوبی پرداخته شده است. ابزار مورد استفاده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی کاربید تنگستن رنیوم دار با قطر شانه 16 میلی‌متر و قطر بزرگ پین 5 میلی‌متر به ارتفاع 9/1 میلی‌متر بود و از الکترود ER70S جهت جوشکاری قوسی فلز-گاز استفاده شد. نتایج بدست آمده از بررسی تاریخچه گرمایی در محدوده منطقه اغتشاش نشان‌دهنده رسیدن دما به محدوده پایداری فاز آستنیت در منطقه‌ی جوش بود. بررسی های ریزساختاری مشخص کرد که اندازه ی دانه ها در منطقه اغتشاش نمونه های جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی کاهش یافته است و منجر به تغییر مورفولوژی و نوع فازهای ایجاد شده نسبت به فلز پایه شده است که با نتایج بدست آمده از پروفیل گرمایی که نشان‌دهنده استحاله فازی و تغییرریزساختار فلز پایه است، مطابقت دارد. همچنین بررسی های ریز ساختاری نشان داد افزایش سرعت خطی و کاهش سرعت چرخشی منجر به کاهش گرمای ورودی و تغییر در اندازه دانه ها شده است. نتایج بدست آمده از بررسی نوع بافت و جهت‌گیری کریستال نشان‌دهنده عدم جهت‌گیری خاص و ایجاد بافت مرجح دانه‌ها در منطقه جوش ذوبی و حالت جامد بود. آزمون ریز سختی در مورد نمونه های اتصال یافته به روش اصطکاکی اغتشاشی مشخص کرد که در منطقه اغتشاش به دلیل کاهش اندازه دانه و تغییر نوع فازهای موجود سختی آن تا حدود 270 ویکرز افزایش یافته است. همچنین مشاهده شد در اثر افزایش حرارت ورودی پهنای منطقه جوش افزایش یافته است. بر اساس آزمون کشش مشاهده شد تغییرات ریزساختاری موجب افزایش استحکام تسلیم از MPa370 برای فلز پایه به میانگینMPa420 برای نمونه جوشکاری شده با سرعت چرخشیrpm 1000 و سرعت پیشروی mm/min 40 شد. تغییر مورفولوژی فازهای ایجاد شده و ناهمگونی ریزساختاری در منطقه جوش منجر به کاهش ازدیاد طول شده است. در جوشکاری ذوبی استحکام کششی و سختی منطقه جوش نسبت به فلز پایه افزایش یافته است اما نسبت به نمونه‌های جوش اصطکاکی اغتشاشی مقادیر کمتری دارد. آزمون تافل در مورد نمونه های اتصال یافته به روش اصطکاکی اغتشاشی نشان داد که پتانسیل و جریان خوردگی مشابه با فلز پایه است و نمونه اتصال یافته به روش ذوبی بیشترین حساسیت را به خوردگی داشته است. نتایج بدست آمده از آزمون غوطه‌وری نشان‌دهنده افزایش مقاومت به خوردگی و کاهش اندازه حفرات ایجاد شده در منطقه جوش حالت جامد نسبت به فلز پایه و جوش ذوبی بود که می‌تواند به دلیل ریزشدن دانه‌ها و افزایش چسبندگی لایه ایجاد شده در حین خوردگی به سطح نمونه باشد. کلمات کلیدی: ، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، جوشکاری قوسی فلز-گاز، منطقه متاثر از حرارت، بافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی