بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد St37- فولاد Ck60 به وسیله جوشکاری انفجاری

STUDENT

DEGREE

YEAR

Theaimofthe present studywas to investigate the microstructure and mechanical properties of a Ck60/St37 composite plate produced by explosive welding technique. The explosive ratio and stand-off distance were set to be 1.7 and 1.5t (t=flyer thickness), respectively. In as welded condition, mechanical tests such as shear and impact tests as well as microhardness measurements were conducted. Then, stress relieved treatment were performed at different temperatures. In order to compare results with as welded condition, mechanical properties were evaluated on the stress relieved samples. In addition, in order to have wear resistance samples, various hardening treatments was applied consisting normalizing, oil quenching, water quenching, and tempering at 200, 400 and 600°C. Then, wear and shear tests were carried out on the above heat treated samples. Optical and scanning electron microscopy observations revealed a wavy morphology at the bonding interface. In addition, locally melted zones were formed along the interface. However, samples which were subjected to the heat treatment did not show any sign of the local melted zones adjacent to the interface. It was also found that at 650 and, 700°C, the grains located at the interface were coarsened. The results also showed that even after the hardening treatment, the wavy morphology was observed at the interface and the ferrite- perlite structure was transformed to martensite structure on the Ck60 side.However, on the St37 side, the ferrite- perlite structure was remained unchanged. Microhardness results showed that the maximum hardness was obtained near the explosively welded interface. When stress relieving treatment was performed at 600°C, the hardness values were decreased, while the maximum hardness was still measured to be near the interface. Also, it was also seen that at 650 and 700°C hardness was significantly decreased near the interface, mainly due to the grain coarsening took place on the both sides of the interface. Shear tests on the welded metals also showed that the average shear strength for as welded and stress relieved conditions were higher than that of the values reported as the standard levels, implying that composite plates could be safely used. Water quenching caused the least shear strength, whereas tempering at 600°C resulted in the maximum shear strength level. The results of the impact tests for as welded and stress relieved condition showed that heat treatment at the three temperatures led in greater absorbed energy. The bonding strength was determined in two ways, one with the cladding metal in tension and the other with the cladding metal in compression. Bending test results showed that these joints could be safely used when the cladded metal was under compression; otherwise, it would be fractured. Moreover, wear test showed that samples which water quenched and tempered at 200°C exhibited greater wear resistance than the samples subjected to oil quenching and tempering at 200, 400°C. Finally, by considering both wear resistance and shear strength, oil quenching and tempering at 400°C were found to give rise the optimum conditions. Keywords : Explosive welding, Stress relieving, Microstructure, Wear resistance

در این پژوهش به بررسی متالورژیکی اتصال حاصل از جوشکاری انفجاری فولاد Ck60- فولاد St37 پرداخته شده است. نسبت بار انفجاری و فاصله توقف صفحه پرنده قبل از انفجار به ترتیب 4/1= R و t2=d (t ضخامت صفحه پرنده) انتخاب گردیده است. در حالت جوش داده شده، با بررسی های ریزساختاری و همچنین آزمون های مکانیکی مانند برش، ضربه و تغییرات ریزسختی مورد مطالعه قرار گرفت. سپس به بررسی عملیات آزادسازی تنش در سه دمای مختلف پرداخته شد. به منظور مقایسه با حالت جوش داده شده، آزمون های مکانیکی روی نمونه های عملیات حرارتی شده انجام شد. در نهایت برای افزایش مقاومت به سایش اتصال دو فلزی تولید شده، عملیات سخت گردانی در شش حالت نرماله کردن، سرد کردن در روغن، سرد کردن در آب و سپس تمپر در دماهای 200، 400 و ?C600 انجام شد. سپس آزمون های سایش و برش روی نمونه های سخت شده انجام شد. مطالعات ریزساختاری که توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی صورت گرفت، نشان داد که نمونه جوش داده شده دارای فصل مشترک موجی به همراه بعضی مناطق ذوب موضعی است. با انجام عملیات آزادسازی تنش، مناطق ذوب موضعی حذف و مناطق ریزدانه ایجاد می گردند، همچنین درشت دانگی در دانه های نزدیک فصل مشترک بعد از انجام عملیات آزادسازی تنش در دماهای 650 و °C700 مشاهده شد. نتایج نشان داد که حتی با انجام عملیات سخت گردانی، باز هم هندسه موجی در فصل مشترک مشاهده می شود. همچنین در طرف Ck60 تغییرات ریزساختاری شدیدی رخ می دهد، به گونه ای که با سرد کردن در آب ریزساختار از حالت فریتی- پرلیتی به مارتنزیت تغییر می کند، اما در طرف St37 باز هم ساختار فریتی- پرلیتی مشاهده شد. نتایج حاصل از ریزسختی سنجی نشان داد، در حالت جوش داده پیک سختی در نزدیکی فصل مشترک رخ می دهد که با دورشدن از آن کاهش می یابد. زمانی که آزادسازی تنش در دمای °C600 انجام شد مقادیر سختی کاهش یافت، اما پیک سختی به صورت کامل از بین نرفت. با انجام عملیات آزادسازی تنش در دماهای 650 و °C700 سختی در نزدیکی فصل مشترک به میزان بیش تری نسبت به مناطق دور از فصل مشترک کاهش یافت که منطبق با قسمت درشت دانگی در دو طرف فصل مشترک می باشد. نتایج حاصل از آزمون برش نشان داد، استحکام برشی بدست آمده در حالات جوش داده شده و آزادسازی تنش از عدد تعریف شده توسط استاندارد بیش تر می باشند، در نتیجه می توان به صورت ایمن از اتصال دو فلزی ایجاد شده استفاده کرد. با بررسی استحکام برشی بعد از انجام عملیات سخت گردانی مشاهده شد که اختلاف زیادی بین مقادیر بدست آمده برای حالات مختلف است، به طوری که حالت سرد شده در آب حداقل استحکام برشی و تمپر در °C600 بیش ترین مقدار را دارد. نتایج حاصل از آزمون ضربه برای حالت جوش داده شده و عملیات آزادسازی تنش نشان داد، با انجام عملیات حرارتی انرژی جذب شده در هر سه دمای آزمون افزایش می یابد. همچنین به منظور بررسی استحکام پیوند، آزمون خمش به دو صورت که فولاد Ck60 یک بار تحت کشش و بار دیگر تحت فشار قرار گیرد، انجام شد. زمانی که Ck60 تحت فشار قرار گرفت، نمونه دوفلزی تولید شده به راحتی تا °180 خم شد، اما زمانی که تحت کشش قرار گرفت در زوایای کمتر از ?45، اتصال تولید شده از سمت فولاد Ck60 شروع به ترک و نهایتا موجب جداشدن و شکستن قطعه گردید. همچنین آزمون سایش انجام شده نشان داد، نمونه تمپر شده در °C200 بهترین مقاومت به سایش را داراست ولی نمونه سرد شده در آب، مقاومت به سایش کمتری نسبت به نمونه های تمپر شده در 200، °C400 و همچنین سرد شده در روغن دارد. در نهایت نشان داده شد، با توجه به در نظر گرفتن همزمان نتایج آزمون سایش و برش برای حالات مختلف سخت شده، نمونه تمپر شده در °C400 و سرد شده در روغن جزء بهترین حالات می باشند و با توجه به اینکه سرد کردن در روغن دارای اعوجاج کمتری نسبت به آب است، بنابراین می تواند حالت بهینه باشد. کلمات کلیدی: جوشکاری انفجاری، آزادسازی تنش، ریزساختار ، مقاومت به سایش