Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soheil Sabooni
سهیل صابونی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Microstructural Evolution and Thermomechanical Behavior of 304L Stainless Steel with Bimodal Structure During Friction Stir Welding
An ultrafine grained 304L stainless steel with bimodal structure was produced by martensitic thermomechanical processing and joined by applying friction stir welding (FSW). The thermomechanical processing comprised a cold roll procedure up to 80% reduction followed by annealing at 700 0 C for 300 min. The results showed that the martensite morphology changed from lath type in the 60% rolled sample to a mixture of lath and dislocation-cell types in the higher rolling reductions. Calculation of the Gi free energy change during the reversion treatment showed that the reversion mechanism is shear controlled at the annealing temperature and so the existence of bimodal structure was attributed to the existence of two different kind of martensite prior to annealing. After FSW, different grain structures in different regions of the weld nugget were observed due to the asymmetry in the heat generation during the welding process. Grain growth was found to be the most predominant phenomena in the region just ahead of the rotating tool during the thermal cycle of FSW. A banded structure was observed in the advancing side of the weld nugget. TEM observations revealed that nanometric sigma phase precipitates were present both in the grain boundaries and inside the grains of this region. Shear textures were clearly identified in the weld center. The lack of rotated cube texture shows that the discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) is not active in the final microstructure. Increasing the welding speed can reduce the final grain size of the weld nugget leading to higher hardness. Hardness is found to increase in the weld and this is not just a grain refinement effect, but also due to the presence of sub-boundaries and a high density of dislocations. Keywords : Deformation induced martensite, Friction stir welding, Recrystallization mechanism, ThermoCalc analysis, Sigma phase
در این پژوهش ریزساختار و رفتار ترمومکانیکی فولاد زنگ‌نزن L 304 با ساختار دوگانه در حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا فولاد فوق ریزدانه/ نانوساختار L 304 از طریق فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت متشکل از نورد سرد و آنیل کنترل شده تولید شد و در سرعتهای خطی مختلف از 20 تا 160 میلی‌متر بر دقیقه در سرعت دورانی ثابت rpm 630 تحت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت. جهت بررسی تاثیر اندازه دانه فلز پایه بر ریزساختار و مکانیزم‌های تبلور مجدد، فولادی درشت‌دانه نیز با شرایط مشابه تحت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت و ساختارهای حاصل با منطقه اغتشاش نمونه دارای فلز پایه فوق ریزدانه مقایسه شد. تغییرات ریزساختاری در حین نورد و استحاله‌های فازی در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزگر تفرق الکترون‌های برگشتی مورد مطالعه قرار گرفت. خواص مکانیکی نمونه‌ها نیز توسط آزمون نانوفرورونده و ریزسختی سنجی بررسی شد. نتایج نشان داد که در حین نورد سرد مکانیزم‌های متفاوتی در جوانه‌زنی مارتنزیت ناشی از تغییر شکل موثرند. این مکانیزم‌ها به سه دسته جوانه‌زنی در فصل مشترک باندهای برشی، جوانه‌زنی بر یک باند برشی مجزا و جوانه‌زنی در فصل مشترک مرزدانه – باند برشی طبقه‌بندی شد. ادامه فرایند نورد تا 80% کاهش در ضخامت سبب شکل‌گیری دو نوع مارتنزیت تیغه‌ای و سلول – نابجایی شد به گونه‌ای که در حین آنیل بازگشتی ساختاری آستنیتی با توزیع دوگانه اندازه دانه‌ها در مقیاس میکرو- نانو به دست آمد. بررسی‌های انجام گرفته در منطقه اغتشاش دکمه جوش حاکی از وجود ناهمگنی‌های ساختاری در اندازه دانه آستنیت و میزان فریت دلتا بود. چنین اختلافاتی در ریزساختار به عدم تقارن در تولید و انتقال حرارت ارتباط داده شد. تلفیقی از بازیابی نابجایی‌ها و رشد دانه‌های فوق‌ریز به عنوان مکانیزم اصلی در سیکل گرمایشی جوشکاری تعیین شد. وجود ناحیه باندی در سطح مقطع اتصالات به شکل‌گیری ذرات نانومتری فاز سیگما ارتباط داده شد. مطالعات میکروسکوپی نشان داد که فاز سیگما در ناحیه جلوی ابزار در حین سیکل گرمایشی جوشکاری ایجاد شده و پس از شکسته شدن در ساختار نهایی ناحیه اغتشاش توزیع می‌گردد. همچنین احتمال می‌رود که دانه‌های فریت دلتا در حین تبلور مجدد در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به صورت جزیی به فاز سیگما تبدیل شده و در منطقه اغتشاش توزیع گردد. نتایج مطالعات ترمودینامیکی با استفاده از نرم افزار ThermoCalc نشان داد که محدوده دمایی 650 تا 700 درجه سانتیگراد محتمل‌ترین محدوده دمایی جهت شکل‌گیری فاز سیگما می‌باشد که تطابق مطلوبی با شکل‌گیری این فاز در شرایط جوشکاری را نشان می‌دهد. مشاهده شد که اندازه دانه فلز پایه تاثیر بسزایی در بافت منطقه اغتشاش دارد. نتایج آنالیز تفرق الکترون‌های برگشتی نشان داد که بافت مرکز جوش در نمونه دارای فلز پایه فوق ریزدانه ترکیبی از بافت برشی A * و B/ بوده در حالی که بافت مرکز جوش در نمونه دارای فلز پایه درشت‌دانه به صورت بافت مکعبی چرخیده شده می‌باشد. بر این اساس مکانیزم تبلور مجدد در نمونه دارای فلز پایه فوق ریزدانه به صورت تبلور مجدد دینامیکی پیوسته و در نمونه دارای فلز پایه درشت‌دانه به صورت تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته تعیین شد. روشی ابتکاری در تعیین تنش پسماند بر اساس اعمال آزمون نانوفرورونده بر میکروپیلارهای تولید شده از مرکز اتصالات به کار گرفته شد. نتایج بررسی‌ها نشان داد که افزایش سرعت خطی در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی افزایش تنش پسماند فشاری را در سطح مقطع اتصال به همراه دارد. روشی ابتکاری در تعیین تنش‌های پسماند مقطع جوش توسط آزمون نانوفرورونده به کار گرفته شد. کلمات کلیدی: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، توزیع دوگانه در اندازه دانه آستنیت، مکانیزم‌های تبلور مجدد دینامیکی، بافت، فولادزنگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی