Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Alafchian,Masoud Atapoor,Morteza Shamanian esfahani
عليرضا علافچيان (استاد مشاور) مسعود عطاپور (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (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.
چکيده در اين پژوهش اتصال فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي UNS S32750 به فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304 با استفاده از روش اتصال دهي فاز مايع گذرا مورد بررسي قرار گرفت. از فويل BNi-2 به عنوان لايه ي مياني استفاده شد. براي اتصال دهي، ابتدا نمونه هايي با ابعاد 3×10×30 ميلي متر از فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي و فولاد زنگ نزن آستنيتي تهيه شد. سپس سطوح اين نمونه ها با سنباده ي 120 تا 1200 سنباده زني شد. نمونه ها به همراه لايه ي مياني به مدت يک ساعت در حمام استن چربي زدايي شدند. سپس لايه ي مياني بين نمونه هاي آماده سازي شده قرار گرفت و مجموعه آن ها درون نگه دارنده اي مستقر شدند. اتصال دهي نمونه ها در دماهاي 1050 و 1080 درجه سانتي گراد و زمان هاي مختلف در کوره اي با اتمسفر آرگون انجام شد. نمونه هاي متصل شده در دماي 1050 درجه سانتي گراد و زمان هاي 10 و 45 دقيقه در دو محيط کوره و آب سرد شدند. نمونه اي که داراي انجماد کاملا همدما بود در دماي 1180 درجه سانتي گراد و زمان 180 دقيقه همگن سازي شد. نمونه هاي متصل شده پس از مقطع زني به روش استاندارد متالوگرافي شدند. بررسي دقيق تر ريزساختار نمونه هاي متصل شده با استفاده از ميکروسکوپ نوري و الکتروني روبشي نشر ميدان انجام شد. ترکيب شيميايي فازهاي تشکيل شده در منطقه ي اتصال و تغييرات آن با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني نشر ميدان روبشي مجهز به آناليز تفکيک انرژي مطالعه شد. مقدار فريت فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي قبل و بعد از اتصال با استفاده از فريت سنج اندازه گيري شد. استحکام برشي و تغييرات سختي موضع اتصال نمونه ها اندازه گيري شد. نتايج حاصل از آزمايش ها نشان داد که انجماد همدما در نمونه ي متصل شده در دماي 1050 درجه سانتي گراد و زمان 45 دقيقه و در نمونه ي دماي 1080 درجه سانتي گراد و زمان 10 دقيقه کامل شد. نمونه هاي متصل شده در ساير زمان ها داراي منطقه ي انجماد غيرهمدما بودند. با افزايش دما و زمان اتصال دهي پهناي منطقه ي انجماد غيرهمدما کاهش يافت. تمرکز غلظتي عناصر مختلف و تغييرات ريزساختاري در مناطق متاثر از نفوذ در فصل مشترک فلز پايه/لايه مياني مشاهده شد. با افزايش دما و زمان اتصال دهي طول مناطق متاثر از نفوذ افزايش يافت. ترکيبات بين فلزي مناطق متاثر از نفوذ بورايد هاي غني از عناصر آلياژي فلزات پايه تشخيص داده شد. فاز موجود در منطقه ي انجماد همدما فاز محلول جامد غني از نيکل تشخيص داده شد. منطقه انجماد غيرهمدما شامل يوتکتيک هاي متشکل از فاز محلول جامد غني از نيکل و فازهاي يوتکتيکي بورايدي و سيليسيدي بود. فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي در نمونه هاي سرد شده در کوره داراي فاز هاي ترد به ويژه فاز سيگما بود. مقدار بسيار کم فريت در اين نمونه تشکيل فاز مخرب حين سرد شدن را تاييد کرد. تغيير محيط سرد کردن نمونه ها ي متصل شده از کوره به آب مانع تشکيل فاز هاي ثانويه ي ترد در فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي شد. همگن سازي نمونه هاي داراي انجماد همدماي کامل باعث حذف تمرکز غلظتي در مناطق متاثر از نفوذ شد. اما در ناحيه ي متاثر از نفوذ فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي حفراتي پيوسته تشکيل شد که ناشي از اثر کرکندال بود. بررسي ريزسختي در نمونه هاي متصل شده افزايش مقدار ميانگين سختي در منطقه انجماد غيرهمدما و مناطق متاثر از نفوذ را نشان داد. با افزايش زمان اتصال دهي به علت افزايش مقدار منطقه انجماد همدما سختي مرکز اتصال از مقدار 546 به مقدار 365 ويکرز کاهش يافت. ارزيابي استحکام برشي نمونه ها ي متصل شده نشان داد که با افزايش دما و زمان اتصال دهي استحکام برشي افزايش يافت. استحکام برشي نمونه هاي سرد شده در کوره و آب مشابه بود. استحکام برشي نمونه ي همگن سازي شده بسيار کاهش يافت که وجود حفرات موجود در ناحيه ي اتصال عامل اين کاهش استحکام بود. بيشينه مقدار استحکام در نمونه هاي با انجماد همدما ي کامل مقدار 380 مگاپاسکال و حدود 7/0 استحکام برشي فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي بود

تحت نظارت وف ایرانی