Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Masoud Atapoor
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) مسعود عطاپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Jalali
علی جلالی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Investigation of Dissimilar Bonding Between Ti-6Al-4V alloy and UNS 32750 Superduplex Stainless steel by Transient Liquid Phase Process
The bonding of stainless steel to titanium and its alloys has attracted great attention in various industries, including medicine, aerospace and chemical. In this study, the effect of temperature and time on the dissimilar bonding of UNS 32750 superduplex stainless steel to Ti-6Al-4V alloy using a transient liquid phase method has been studied. For this purpose, at first, samples were prepared with dimensions of 4x10x10 mm and their surface was prepared by grinding and degreasing with acetone. The interlayer was made of pure copper for bonding. The sandwich panels are placed in an appropriate fixture so that the middle layer between the two base metals is placed. The samples were first placed in a vacuum chamber at 60 minutes and four different temperatures of 890, 920, 950 and 980 0 C. After determining the best temperature from the selected temperatures, the effect of time on constant temperature was investigated. The bonded specimens were cut off and subjected to standard metallography methods for microstructural studies. The optical microscope and the scanning electron microscope were used to study the microstructure. Also, to determine the chemical composition of the phases and also to study the change in the concentration of alloying elements in the bonding zone, an electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy was used. The results of temperature change at constant time of 60 min showed that with increasing temperature, the isothermal solidification rate increased and at 980 0 C, the joint zone of solidified isothermally. The analysis of EDS and EBSD showed that although the temperature increased leads to isothermal solidification of the joints, but due to the greater diffusion of titanium to steel and the formation of Ti-Fe based intermetallic compounds, the average hardness in the bonding zone increased and the bond strength decreases. The highest bond strength was measured at 271 MPa at 890 ° C. Also, the morphology of the fracture surfaces indicates that the failure mode is turned into brittle with increasing temperature. The temperature of 890 ° C was chosen as the best temperature, and the effect of the bonding time at 890 ° C on the components was evaluated. For this purpose, four different times 20, 40, 60 and 80 minutes were used for bonding. The results of microstructural studies showed that at 20 min due to the low opportunity for diffusion of alloying elements from the side of the middle layer to the base metals, and vice versa, the relatively high copper phases in the central region of the joint remained and thus The titanium diffusion toward steel and the formation of brittle intermetallic compounds are largely prevented. As the bonding time increases, the time for the diffusion increases, thus increasing the dissolution of the base metal and increasing the width of the bonding zone. Therefore, two factors of increase the width of the binding area and increase the brittle intermediate components in the bonding zone, reduce the bond strength by increasing the bonding time. The highest strength of 437 MPa was obtained for the joint created at 20 minutes. The electron microscope images of the fracture surfaces also indicate the formation of cleavage surfaces at a bonding time of 80 minutes, which is the reason for the brittle failure mechanism in the joints with the increase of bonding time. As a result, the temperature of 890 0 C and the time of 20 minutes are the best condition for joint the Ti-6Al-4V alloy to UNS 32750 superduplex stainless steel by transient liquid phase techniques.
اتصال فولاد زنگ نزن به تیتانیم و آلیاژهای آن در صنایع مختلفی از جمله پزشکی، هوافضا و شیمیایی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در این پژوهش تاثیر دما و زمان پیونددهی بر اتصال فولاد زنگ نزن سوپردوفازی UNS 32750 به آلیاژ Ti-6Al-4V با استفاده از روش فاز مایع گذرا مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نمونه هایی با ابعاد mm 4?10 ?10 تهیه شده و سطح آنها به وسیله سمباده زنی و چربی زدایی با استون آماده سازی شد. لایه میانی از جنس مس خالص جهت اتصال دهی مورد استفاده قرار گرفت. قطعات به صورت ساندویچی به گونه ای که لایه میانی بین دو فلز پایه قرار داشت در داخل نگهدارنده مناسب قرار داده شد. نمونه ها ابتدا در زمان ثابت 60 دقیقه و چهار دمای متفاوت 890، 920، 950 و 980 درجه سانتی گراد در داخل کوره خلا قرار گرفتند. پس از تعیین بهترین دما از بین دماهای انتخاب شده، به بررسی تاثیر زمان در دمای ثابت پرداخته شد. نمونه های پیونددهی شده پس از خارج شدن از کوره، مقطع زده شدند و جهت مطالعات ریزساختاری تحت عملیات استاندارد متالوگرافی قرار گرفتند. جهت بررسی ریزساختار اتصال از میکروسکوپ نوری و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. همچنین جهت تعیین ترکیب شیمایی فازهای تشکیل شده و همچنین بررسی تغییر غلظت عناصر آلیاژی در منطقه اتصال از میکروسکوپ الکترونی مجهز به آنالیز تفکیک انرژی بهره برده شد. نتایج حاصل از تغییرات دمای اتصال دهی در زمان ثابت 60 دقیقه نشان داد که با افزایش دما، نرخ انجماد همدما افزایش یافته و در دمای 980 درجه سانتی گراد، منطقه اتصال انجماد همدما را تجربه می کند. آنالیز EDS و EBSD نشان داد که اگرچه با افزایش دما، انجماد همدما در اتصالات بیشتر می شود ولی به دلیل نفوذ بیشتر تیتانیم به سمت فولاد و تشکیل ترکیبات بین فلزی بر پایه Ti-Fe، میانگین سختی در منطقه اتصال افزایش می یابد و استحکام اتصال کاهش می یابد. بیشترین استحکام اتصال به مقدار 271 مگاپاسکال در دمای 890 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد. همچنین مورفولوژی سطوح شکست نشان دهنده تبدیل حالت شکست به ترد با افزایش دما می باشد. بدین ترتیب دمای 890 درجه سانتی گراد به عنوان بهترین دما انتخاب شد و تاثیر زمان اتصال دهی در دمای ثابت 890 درجه سانتی گراد بر روی قطعات مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از چهار زمان متفاوت 20، 40، 60 و 80 دقیقه جهت اتصال دهی استفاده شد. نتایج حاصل از بررسی های ریزساختاری نشان داد که در زمان 20 دقیقه به دلیل فرصت کم برای نفوذ عناصر آلیاژی از سمت لایه میانی به سمت فلزات پایه و بالعکس، فازهای نسبتا غنی از مس در منطقه مرکزی اتصال باقی می ماند و بدین صورت از نفوذ تیتانیم به سمت فولاد و تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد تا حد زیادی جلوگیری می شود. با افزایش زمان اتصال دهی زمان برای نفوذ عتاصر بیشتر شده و بدین صورت باعث افزایش انحلال فلز پایه و افزایش عرض منطقه اتصال می شود. لذا دو عامل افزایش عرض منطقه اتصال و افزایش ترکیبات بین فلزی ترد در منطقه اتصال، باعث کاهش استحکام اتصال با افزایش زمان اتصال دهی می شود. بیشترین استحکام 437 مگاپاسکال برای اتصال ایجاد شده در زمان 20 دقیقه بدست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطوح شکست نیز نشان دهنده ایجاد سطوح کلیواژی در زمان اتصال دهی 80 دقیقه است که دلیلی بر مکانیزم شکست ترد در اتصالات با افزایش زمان اتصال دهی می باشد. در نتیجه، از بین شرایط اتصال دهی به کار گرفته شده، دمای 890 درجه سانتی گراد و زمان 20 دقیقه، بهترین شرایط برای اتصال دهی آلیاژ Ti-6Al-4V به فولاد زنگ نزن سوپردوفازی UNS 32750 توسط فرایند فاز مایع گذرا می باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی