SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ali Ashrafi
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) علي اشرفي (استاد راهنما)
STUDENT
Hamidreza Vahabi
حميدرضا وهابي
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
چکيده در اين پژوهش اتصالمشابه فولاد زنگ نزن مارتنزيتي C 440 توسط فرايند فاز مايع گذرا و بهينه يابي پارامترهاي اين فرايند تحت بررسيقرار گرفت. بدين منظور ابتدا نمونه هايي با ابعاد mm 5×10×40 تهيه شده و سطوح نمونه هاي مزبور توسط سمباده و شستشويآلتراسونيک آماده سازي گرديد. از فويل AWS BNi-2 به عنوان لايه واسط اتصال استفاده گرديد. فويل مورد نظر در بين دوقطعه فلز پايه قرار گرفته و مجموعه آنها در داخل يک نگهدارنده بسيار محکم شدند.جنس نگهدارنده از فولاد کربني St52 به ضخامت mm 10 انتخاب شده که توسط دوعدد پيچ و مهره همتراز و سفت مي گردند. نمونه ها در دماي C? 1050 و C? 1100 و زمان هاي 60 و120 دقيقه در کوره اي با اتمسفر خلأ پيونددهي شدند. با توجه به اينکه پس از عملياتاتصال فاز مايع گذرا، ساختار مارتنزيتي فولاد C 440 تغيير کرده و بهساختار فريتي پرليتي به همراه کاربيدهاي درشت در زمينه فريتي فلز پايه تبديل شد.براي نزديک شدن به ساختار اوليه فلز پايه قبل از اتصال، عمليات حرارتي کوئنچ-تمپرروي نمونه ها انجام شد. نمونه هاي اتصال داده شده به منظور متالوگرافي مقطع زدهشدند. بررسي دقيق تر ريزساختار تئسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام گرفت. بااستفاده از ميکروسکوپ الکتروني مجهز به دستگاه آناليز تفکيک انرژي، تغييرات غلظتعناصر آلياژي در ناحيه اتصال و همچنين ترکيب شيميايي فازهاي ناحيه اتصال و فلزپايه مطالعه شد. تغييرات سختي ناحيه اتصال و استحکام برشي نمونه ها بررسي شد. بهغير از نمونه اتصال دهي شده در دماي C? 1050 و زمان 60 دقيقه که بهمقدار بسيار جزئي منطقه انجماد غيرهمدما مشاهده شد، بقيه نمونه ها داراي ساختارناحيه اتصال تحت انجماد همدماي کامل مي باشد. با افزايش دما و زمان اتصال، تمرکزغلظتي عناصر موجود در لايه واسط اتصال و فلز پايه تحت اثر پديده نفوذ تغيير پيداکرد. آهن و کروم در فلز پايه به ميزان بسيار زيادي به لايه واسط نفوذ کردند و عنصرنيکل، بور و سيليسيم در لايه واسط به سمت فلز پايه نفوذ کردند. فاز شناسي ناحيهاتصال حاکي از وجود فاز محلول جامد پرويوتکتيکي غني از نيکل در منطقه انجماد همدمامي باشد. بررسي تغييرات ريزسختي مناطق مختلف نمونه با توجه به شرايط پيونددهيگوناگون نشان دهنده افزايش سختي از ناحيه متأثر از حرارت به سمت فلز پايه مي باشد،که با شيب تندي صورت گرفت. افزايش سختي از مرکز ناحيه اتصال تا انتهاي ناحيه متأثراز حرارت با شيب بسيار ملايم و کمي افزايش يافت. ميزان سختي نمونه هاي اتصال دهيشده در نواحي فلز پايه و ناحيه متأثر از حرارت در نمونه هاي عمليات حرارتي شده بهشدت افزايش يافت. استحکام برشي نمونه ها، با افزايش دما افزايش يافت، ولي استحکامبرشي نمونه اتصال داده شده در دماي بالاتر حتي بعد از عمليات حرارتي کاهش يافت. بهمنظور بررسي رفتار خوردگي نمونه هاي اتصال دهي شده توسط فرايند فاز مايع گذرا، روينمونه هاي اتصال دهي شده آزمون هاي خوردگي انجام شد که نمونه اتصال دهي شده دردماي C ?1100 و زمان 60 و سپسعمليات حرارتي شده، بهترين رفتار خوردگي از خود نشان داد. کلمات کليدي فرايند اتصال دهي فازمايع گذرا، فولاد زنگ نزن مارتنزيتي C 440، اتمسفر خلأ، عمليات حرارتي نمونه ها