SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ali Ashrafi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) علی اشرفی (استاد راهنما)
STUDENT
Hamidreza Vahabi
حمیدرضا وهابی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Welding of Martensitic Stainless Steel AISI 440C by the Transient Liquid Phase Bonding (TLP) and the Assessment of its Microstructure and Corrosion Behavior
Welding of Martensitic Stainless Steel AISI 440C by means of TransientLiquid Phase Bonding (TLP-DB) and the Assessment of its Microstructure andCorrosion Behaviour Hamidreza Vahabi Hr.vahabi@ma.iut.ac.ir Date of submission: Spetember …, 2020 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc Language:Farsi Supervisors: Morteza Shamanian : shamanian@cc.iut.ac.ir Ali Ashrafi : ashrafi@cc.iut.ac.ir In this study,the similar connection of 440 C martensitic stainless steel was investigated bythe transient liquid phase process and the optimization of the parameters ofthis process. For this purpose, samples with dimensions of 40 × 10× 5 mm were prepared and the surfaces of these samples were prepared bysanding and ultrasonic washing. AWS BNi-2 foil was used as the connectioninterface layer. The foil was placed between two pieces of base metal and theirassembly was placed very tightly inside a holder. The retainingmaterial is selected from St52 carbon steel with a thickness of 10 mm, which isleveled and tightened by two bolts. Samples were bonded at 1050 and 1100 ° C at60 and 120 minutes in a vacuum furnace. Due to the fact that after thetransition operation of the transient liquid phase, the martensitic structureof 440 C steel was changed to a perlite ferrite structure with coarse carbidesin the base metal ferrite field. To approach the initial structure of the basemetal before bonding, quench-temper heat treatment was performed on thesamples. The given connection samples were cut for cross-sectionalmetallography. A more detailed microstructure study of thescanning electron microscope was performed. Using an electron microscopeequipped with an energy separation analyzer, changes in the concentration ofalloying elements in the bonding area as well as the chemical composition ofthe bonding phases and the base metal were studied. Changes in joint stiffnessand shear strength of the specimens were investigated. With the exception ofthe bonded specimen at a temperature of 1050 ° C and a time of 60 minutes,which was observed with a very small amount of non-isothermal freezing zone,the rest of the specimens have the structure of the bonded zone under completeisothermal freezing. With increasing temperature and bonding time, theconcentration concentration of the elements in the interface layer of the bondand the base metal changed due to the penetration phenomenon. Iron and chromium in the base metal penetrated very much into the interfacelayer and nickel, boron and silicon in the interface layer penetrated into thebase metal. The binding phase phases indicate the presence of a nickel-richproectotic solid solution phase in the isothermal freezing zone. Investigationof microhardness changes in different regions of the sample according todifferent bonding conditions shows an increase in hardness from the heataffected area to the base metal, which was done with a steep slope. Thestiffness increased from the center of the joint area to the end of theheat-affected area with a very gentle slope. The stiffness of the bondedspecimens in the base metal and heat affected areas increased sharply in theheat treated specimens. The shear strength of the specimens increased withincreasing temperature, but the shear strength of the bonded specimen decreasedat higher temperatures even after heat treatment. In order to investigate thecorrosion behavior of the bonded samples by the transient liquid phase process,corrosion tests were performed on the bonded specimens. Showed itself. key words : Transient liquid phase connection process, 440 Cmartensitic stainless steel, vacuum atmosphere, heat treatment of samples
در این پژوهش اتصالمشابه فولاد زنگ نزن مارتنزیتی C 440 توسط فرایند فاز مایع گذرا و بهینه یابی پارامترهای این فرایند تحت بررسیقرار گرفت. بدین منظور ابتدا نمونه هایی با ابعاد mm 5×10×40 تهیه شده و سطوح نمونه های مزبور توسط سمباده و شستشویآلتراسونیک آماده سازی گردید. از فویل AWS BNi-2 به عنوان لایه واسط اتصال استفاده گردید. فویل مورد نظر در بین دوقطعه فلز پایه قرار گرفته و مجموعه آنها در داخل یک نگهدارنده بسیار محکم شدند.جنس نگهدارنده از فولاد کربنی St52 به ضخامت mm 10 انتخاب شده که توسط دوعدد پیچ و مهره همتراز و سفت می گردند. نمونه ها در دمای C? 1050 و C? 1100 و زمان های 60 و120 دقیقه در کوره ای با اتمسفر خلأ پیونددهی شدند. با توجه به اینکه پس از عملیاتاتصال فاز مایع گذرا، ساختار مارتنزیتی فولاد C 440 تغییر کرده و بهساختار فریتی پرلیتی به همراه کاربیدهای درشت در زمینه فریتی فلز پایه تبدیل شد.برای نزدیک شدن به ساختار اولیه فلز پایه قبل از اتصال، عملیات حرارتی کوئنچ-تمپرروی نمونه ها انجام شد. نمونه های اتصال داده شده به منظور متالوگرافی مقطع زدهشدند. بررسی دقیق تر ریزساختار تئسط میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. بااستفاده از میکروسکوپ الکترونی مجهز به دستگاه آنالیز تفکیک انرژی، تغییرات غلظتعناصر آلیاژی در ناحیه اتصال و همچنین ترکیب شیمیایی فازهای ناحیه اتصال و فلزپایه مطالعه شد. تغییرات سختی ناحیه اتصال و استحکام برشی نمونه ها بررسی شد. بهغیر از نمونه اتصال دهی شده در دمای C? 1050 و زمان 60 دقیقه که بهمقدار بسیار جزئی منطقه انجماد غیرهمدما مشاهده شد، بقیه نمونه ها دارای ساختارناحیه اتصال تحت انجماد همدمای کامل می باشد. با افزایش دما و زمان اتصال، تمرکزغلظتی عناصر موجود در لایه واسط اتصال و فلز پایه تحت اثر پدیده نفوذ تغییر پیداکرد. آهن و کروم در فلز پایه به میزان بسیار زیادی به لایه واسط نفوذ کردند و عنصرنیکل، بور و سیلیسیم در لایه واسط به سمت فلز پایه نفوذ کردند. فاز شناسی ناحیهاتصال حاکی از وجود فاز محلول جامد پرویوتکتیکی غنی از نیکل در منطقه انجماد همدمامی باشد. بررسی تغییرات ریزسختی مناطق مختلف نمونه با توجه به شرایط پیونددهیگوناگون نشان دهنده افزایش سختی از ناحیه متأثر از حرارت به سمت فلز پایه می باشد،که با شیب تندی صورت گرفت. افزایش سختی از مرکز ناحیه اتصال تا انتهای ناحیه متأثراز حرارت با شیب بسیار ملایم و کمی افزایش یافت. میزان سختی نمونه های اتصال دهیشده در نواحی فلز پایه و ناحیه متأثر از حرارت در نمونه های عملیات حرارتی شده بهشدت افزایش یافت. استحکام برشی نمونه ها، با افزایش دما افزایش یافت، ولی استحکامبرشی نمونه اتصال داده شده در دمای بالاتر حتی بعد از عملیات حرارتی کاهش یافت. بهمنظور بررسی رفتار خوردگی نمونه های اتصال دهی شده توسط فرایند فاز مایع گذرا، روینمونه های اتصال دهی شده آزمون های خوردگی انجام شد که نمونه اتصال دهی شده دردمای C ?1100 و زمان 60 و سپسعملیات حرارتی شده، بهترین رفتار خوردگی از خود نشان داد. کلمات کلیدی فرایند اتصال دهی فازمایع گذرا، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی C 440، اتمسفر خلأ، عملیات حرارتی نمونه ها