Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Jafari
حميد جعفري

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Resistance spot welding of ultra-fine grained/nanostructured 304L austenitic stainless steel produced by martensite thermomechanical process and evaluation of weldment properties
In this research, in order to eliminate poor mechanical properties of austenitic 304L stainless steels and utilize useful capabilities of these alloys in industry, firstly, an ultrafine grained/ nanostructured AISI 304L steel was produced by martensite thermomechanical processing. The alloy was then welded by resistance spot welding method. The samples were prepared in dimensions of 80*40*10 mm and then cold rolled to 90% reduction in thickness. Subsequently, to get ultra-fine/fine grained austenitic structure, the samples were annealed at 700°C and 900°C for 5 to 360 minutes. The produced samples containing various grain sizes, were resistance spot welded with different parameters of current 6 to 35 KA, electrode force 4 KN and welding time 6 to 18 cycle (0.1 – 0.3 s). For phase analysis, X-ray diffraction (XRD) and feritscope techniques were applied during cold roll and annealing process. Investigation of microstructures was carried out using optical microscope as well as scanning electron microscope (SEM). Electron backscatter diffraction was used for studying weld microstructure. XRD pattern of rolled samples exhibited the transformation of austenite to martensite while for annealed samples, it was reverse. Microstructure of annealed samples showed that annealing at 700°C for 120 minutes leads to ultra-fined / nanostructured with grain size of 400 nm and also, annealing at 900°C for 5 and 180 minutes leads tow steel with grain size of 3 and 12 micron, respectively. Tensile strength of ultra-fine sample, its elongation and hardness were 1060 MPa, 48% and 330 VHN, respectively. Studies of weld nugget structure obtained by EBSD, proved the existence of casting structure around the weld spot via formation of austenite matrix in addition to 3% delta ferrite phase. During shear tensile test, the fracture occurred in two distinct modes including interfacial and/or pullout failure. The pullout failure is the most ideal type of failure in tensile shear test. The most tensile shear peak load of weld spot of ultra-fined samples was 12000 N while its hardness was 250 VHN, obtained through welding with 30 to 35 KA currents, 18 cycles (0.3 s) welding time and 4 KN (80MPa) electrode force. The Results for different welded samples which had various grain sizes, showed that by increasing of grain size, the fracture load decreases. Also, the hardness of ultra-fined sample in comparison with other samples which had grain sizes of 3, 12 micron and as-received steel was more. Studying the fracture surfaces of the weld nugget in both cases showed that the occurred failure was a ductile failure with the formation of dimples. Tensile direction of dimples in line of applied force showed that the failure of the weld nugget had a shear (tensile) nature. Keywords : 304L stainless Steel, Ultra-fine Grained/nano structured, Resistance Spot Welding, Advanced Thermomechanical Process, Electron Backscatter Diffraction (EBSD
در اين پژوهش به منظور رفع خواص ضعيف مکانيکي فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L و بهره مندي از ويژگي هاي مناسب آن در صنايع، ابتدا فولاد فوق ريزدانه/ نانوساختار به روش ترمومکانيکي مارتنزيت توليد و سپس به روش جوشکاري مقاومتي نقطه اي جوشکاري شد. نمونه هاي فولاد در ابعاد mm 10*40*80 آماده سازي شده و به روش نورد سرد شديد تا 90% کاهش در ضخامت نورد انجام گرفت. سپس نمونه hy;ها در دماهاي °C 700 و °C 900 به مدت زمان 5 الي 360 دقيقه جهت ايجاد ساختار فوق ريزدانه و ريزدانه آستنيتي آنيل شد. نمونه هاي توليد شده، با اندازه دانه مختلف به روش جوشکاري مقاومتي نقطه اي با پارامترهاي مختلف، شدت جريان 6 الي 35 کيلو آمپر، نيروي الکترود 4 کيلو نيوتن، و مدت زمان جوشکاري 6 الي 18 سيکل (3/0 – 1/0 ثانيه) جوشکاري شد. جهت تعيين فازهاي توليد شده در طي فرايند نورد و آنيل فولاد از آناليز پراش پرتو ايکس (XRD) و فريتوسکوپي استفاده شد. بررسي ريزساختارها به کمک ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) صورت پذيرفت. جهت بررسي ريزساختار حاصل از جوش از آناليز پرتو الکتروني برگشتي (EBSD) استفاده شد. در الگوي پراش پرتو ايکس نمونه هاي نورد و آنيل شده به ترتيب استحاله آستنيت به مارتنزيت و برعکس ديده شد. بررسي ريزساختار حاصل ازآنيل نشان داد که آنيل در دماي °C 700 و زمان 120 دقيقه منجر به توليد فولاد فوق ريزدانه / نانوساختار با اندازه دانه 400 نانومتر و آنيل در دماي °C 900 و زمان هاي 5 و 180 دقيقه منجر به توليد فولاد با اندازه دانه ي به ترتيب 3 و 12 ميکرومتر شد. استحکام کششي نمونه فولاد فوق ريزدانه 1060 مگا پاسکال با ازدياد طول 48% و سختي 330 ويکرز بدست آمد. بررسي هاي حاصل از ريزساختار ناحيه جوش توسط EBSD، نشان از وجود ساختار ريختگي دکمه ي جوش همراه با شکل گيري فاز زمينه آستنيت در ساختار و حدود 3% فاز فريت دلتا داد. شکست ناشي از آزمون برش کشش به دو صورت شکست در فصل مشترک و بيرون آمدن دکمه ي جوش اتفاق افتاد. شکست ناشي از بيرون آمدن دکمه ي جوش به عنوان ايده آل ترين نوع شکست در آزمون برش کشش انتخاب شد. بيشترين نيروي برش کشش دکمه ي جوش در فولاد فوق ريزدانه در شرايط جوشکاري با پارامترهاي، شدت جريان 30 الي 35 کيلو آمپر، زمان جوشکاري 18 سيکل (s 3/0) و نيروي الکترود 4 کيلو نيوتن (MPa 80) به ميزان 12000 نيوتن و سختي فلز جوش حدود 250 ويکرز بدست آمد. نتايج حاصل از جوشکاري نمونه ها در اندازه دانه هاي متفاوت نشان از کاهش نيروي شکست با افزايش اندازه دانه داد. سختي دکمه ي جوش در نمونه فوق ريزدانه در مقايسه با نمونه هاي با اندازه دانه 3 ، 12 ميکرومتر و نمونه فولاد اوليه بالاتر بود. سطوح شکست نمونه هاي جوشکاري شده در هر دو حالت شکست نشان داد که شکست دکمه ي جوش به صورت نرم همراه با تشکيل ديمپل بوده است. جهت کشيده شدن ديمپل ها در راستاي اعمال نيرو نشان داد که شکست ناشي از دکمه ي جوش ماهيتي برشي کششي دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی