Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Alafchian,Masoud Atapoor,Morteza Shamanian esfahani
علیرضا علافچیان (استاد مشاور) مسعود عطاپور (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Rouhollah Abdolvand
روح اله عبدالوند

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Transient Liquid Phase Bonding of UNS S32750 Super Duplex Stainless Steel to AISI 304 Austenitic Stainless Steel and Evaluation of the Joint Properties
In this research, joining of AISI 304 austenitic stainless steel to UNS S32750 super duplex stainless steel using AWS BNi-2 interlayer through transient liquid phase bonding (TLP) has been studied. For this purpose, samples with the size of 10×10×3 mm were prepared, and then the surfaces to be joined were grounded using emery sheets of SiC of grit sizes varying from 240 to 1200. Then, both base metals and interlayer were ultrasonically cleaned in an acetone bath for 60 minutes. Interlayer was placed between the base materials and then this the specimens were put inside a fixture. Bonding of specimens were accomplished under argon atmosphere at 1050 o C and 1080 o C for different bonding times. Specimens were bonded at 1050 o C for 10 and 45 min. Afterward, joints with complete isothermal solidification were homogenized at 1180 o C for 180 min. Then, bonded specimens were cut and prepared for standard metallography. To investigate more details of microstructures, samples were studied by optical microscopy and field emission scanning electron microscopy. Also, distribution of alloying elements at the joint area was studied by using Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Volume friction of ferrite of the duplex stainless steel before and after bonding was estimated using ferritoscope. Finally, mechanical properties of the joints were evaluated using measuring the shear strength and hardness. Results revealed that isothermal solidification was completed for the specimens bonded at 1050 o C and 1080 o C for 45 and 10 min, respectively. Other bonded specimens were consisted of athermally solidification zone (ASZ). The width of athermally solidification zone was decreased by increasing the bonding time and temperature. Alloying elements concentration and microstructural changing were detected at the diffusion affected zones (DAZ) at the base metals and interlayer interface of the bonded specimens. The width of these regions was increased by increasing the bonding time and temperature. The microconstituent formed at the DAZs were evidenced to be borides of alloying elements of the base materials. ISZ was consisted of Ni solid solution and the ASZ was found to be consisted of Ni solid solution phase and borides and silicide microconstituents. Sigma phase was observed in the microstructure of super duplex stainless steel in the specimens cooled in the furnace after bonding. Low volume friction of ferrite in these specimens was confirmed the formation of deleterious phases. Formation of these deleterious phases was prevented by cooling the specimens in the water from the bonding temperature after bonding. Alloying elements concentration at the DAZs was strongly decreased by homogenizing of the specimens with complete isothermal solidification. But some voids were appeared at the DAZ of super duplex stainless steel due to Kirkendall effect. Microhardness examination at the bonding zone of the bonded specimens indicated the mean hardness value was increased at the ASZ and DAZs. Mean hardness value of the centerline of the joint was decreased from 546 to 365 HV by increasing bonding time due to isothermal solidification completion. Shear strength of the bonded specimens was increased by increasing bonding time and temperature. Changing cooling ambient from furnace to water has not significant effect on shear strength of the joints. Shear strength of the homogenized specimen was decreased due to the voids at the joint. Maximum shear strength (380 MPa) was achieved for the specimens with complete isothermal solidification and about 0.7 shear strength of duplex stainless steel.
در این پژوهش اتصال فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS S32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 با استفاده از روش اتصال دهی فاز مایع گذرا مورد بررسی قرار گرفت. از فویل BNi-2 به عنوان لایه ی میانی استفاده شد. برای اتصال دهی، ابتدا نمونه هایی با ابعاد 3×10×30 میلی متر از فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی و فولاد زنگ نزن آستنیتی تهیه شد. سپس سطوح این نمونه ها با سنباده ی 120 تا 1200 سنباده زنی شد. نمونه ها به همراه لایه ی میانی به مدت یک ساعت در حمام استن چربی زدایی شدند. سپس لایه ی میانی بین نمونه های آماده سازی شده قرار گرفت و مجموعه آن ها درون نگه دارنده ای مستقر شدند. اتصال دهی نمونه ها در دماهای 1050 و 1080 درجه سانتی گراد و زمان های مختلف در کوره ای با اتمسفر آرگون انجام شد. نمونه های متصل شده در دمای 1050 درجه سانتی گراد و زمان های 10 و 45 دقیقه در دو محیط کوره و آب سرد شدند. نمونه ای که دارای انجماد کاملا همدما بود در دمای 1180 درجه سانتی گراد و زمان 180 دقیقه همگن سازی شد. نمونه های متصل شده پس از مقطع زنی به روش استاندارد متالوگرافی شدند. بررسی دقیق تر ریزساختار نمونه های متصل شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی نشر میدان انجام شد. ترکیب شیمیایی فازهای تشکیل شده در منطقه ی اتصال و تغییرات آن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نشر میدان روبشی مجهز به آنالیز تفکیک انرژی مطالعه شد. مقدار فریت فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی قبل و بعد از اتصال با استفاده از فریت سنج اندازه گیری شد. استحکام برشی و تغییرات سختی موضع اتصال نمونه ها اندازه گیری شد. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که انجماد همدما در نمونه ی متصل شده در دمای 1050 درجه سانتی گراد و زمان 45 دقیقه و در نمونه ی دمای 1080 درجه سانتی گراد و زمان 10 دقیقه کامل شد. نمونه های متصل شده در سایر زمان ها دارای منطقه ی انجماد غیرهمدما بودند. با افزایش دما و زمان اتصال دهی پهنای منطقه ی انجماد غیرهمدما کاهش یافت. تمرکز غلظتی عناصر مختلف و تغییرات ریزساختاری در مناطق متاثر از نفوذ در فصل مشترک فلز پایه/لایه میانی مشاهده شد. با افزایش دما و زمان اتصال دهی طول مناطق متاثر از نفوذ افزایش یافت. ترکیبات بین فلزی مناطق متاثر از نفوذ بوراید های غنی از عناصر آلیاژی فلزات پایه تشخیص داده شد. فاز موجود در منطقه ی انجماد همدما فاز محلول جامد غنی از نیکل تشخیص داده شد. منطقه انجماد غیرهمدما شامل یوتکتیک های متشکل از فاز محلول جامد غنی از نیکل و فازهای یوتکتیکی بورایدی و سیلیسیدی بود. فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی در نمونه های سرد شده در کوره دارای فاز های ترد به ویژه فاز سیگما بود. مقدار بسیار کم فریت در این نمونه تشکیل فاز مخرب حین سرد شدن را تایید کرد. تغییر محیط سرد کردن نمونه ها ی متصل شده از کوره به آب مانع تشکیل فاز های ثانویه ی ترد در فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی شد. همگن سازی نمونه های دارای انجماد همدمای کامل باعث حذف تمرکز غلظتی در مناطق متاثر از نفوذ شد. اما در ناحیه ی متاثر از نفوذ فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی حفراتی پیوسته تشکیل شد که ناشی از اثر کرکندال بود. بررسی ریزسختی در نمونه های متصل شده افزایش مقدار میانگین سختی در منطقه انجماد غیرهمدما و مناطق متاثر از نفوذ را نشان داد. با افزایش زمان اتصال دهی به علت افزایش مقدار منطقه انجماد همدما سختی مرکز اتصال از مقدار 546 به مقدار 365 ویکرز کاهش یافت. ارزیابی استحکام برشی نمونه ها ی متصل شده نشان داد که با افزایش دما و زمان اتصال دهی استحکام برشی افزایش یافت. استحکام برشی نمونه های سرد شده در کوره و آب مشابه بود. استحکام برشی نمونه ی همگن سازی شده بسیار کاهش یافت که وجود حفرات موجود در ناحیه ی اتصال عامل این کاهش استحکام بود. بیشینه مقدار استحکام در نمونه های با انجماد همدما ی کامل مقدار 380 مگاپاسکال و حدود 7/0 استحکام برشی فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی بود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی