Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Fatallah Karimzadeh
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Khodadadi
علی خدادادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Evaluating mechanical and microstructural properties of st37 steel and 304 stainless steel dissimilar friction stir spot weld
In the present study, st37 steel and 304 stainless steel with a thickness of 2 mm, were welded successfully by friction stir spot welding process at tool dwell times of 2 s, 6 s, 10 s and tool rotational speeds of 630, 1000 and 1250 rpm. X-Ray Diffraction(XRD)and Energy-Dispersive x-ray Spectroscopy(EDS) experiments were used to investigate the possible formation of phases such as chromium carbide. Metallographic examinations, tensile/shear and microhardness tests were carried out to evaluate the joint. Four different zones were found in the weld area in additional to base metals. In the stir zone of the st37 steel, the hot deformation in the austenite region produced small austenite grains and these grains transformed to fine ferrite and pearlite and some products of displacive transformations such as Widmanstatten ferrite and martensite by cooling the material after friction stir welding. The heat-affected zone in the st37 steel side showed partially and fully refined microstructures like fusion welding processes. In the stir zone of the 304 stainless steel, a refined grain structure with some features of dynamic recrystallization was evidenced. A thermomechanically-affected zone was characterized on the 304 steel side with features of severe deformed grains. The recrystallization in the 304 steel and the transformations in the st37 steel enhanced the hardness of the weld area. In this work, it was observed that with increasing tool rotational speed, tensile/shear strengths increases. Bond length along the interface between the metal as an effective parameter to increase the tensile / shear strength was determined. To compare the mechanical strength, dissimilar resistance spot welding were also performed on samples.‌ It was found that the optimum welding parameters in friction stir spot weld have higher strength than resistance spot weld. By performing tensile/shear test on resistance spot weld, joint strength was obtained of 356 MPa while the maximum strength of 512 MPa have been in friction stir spot welds under optimum welding parameters. Also Due to differences in the mode of fracture, higher maximum tolerated load was obtained on dissimilar welding of carbon steel to 304 stainless steel than similar of carbon steel and 304 stainless steel welds under same condition. With fracture mode analysis of samples obtained from tensile / shear test, two fracture modes was specified that included shear fracture mode and mixed shear-tensile fracture mode. With increasing rotational speed and dwell time of tool, fracture mode was changed from shear fracture mode to mixed shear-tensile fracture mode. Keywords: Friction stir spot welding, St37 steel, 304 stainless steel, Microstructure, Failure mode
در این تحقیق ورقه های فولاد ساده کربنی و فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 با ضخامت 2 میلی متر توسط فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای در سرعت های چرخش 630 ، 1000 و 1250 دور بر دقیقه و در مدت زمان های ماند ابزار 2، 6 و 10 ثانیه به یکدیگر متصل شدند. آزمایش های تفرق اشعه ایکس(XRD) و آنالیز طیف سنجی اشعه ایکس(EDS) برای بررسی وجود فازهای تشکیل شده مانند کاربید کروم مورد استفاده قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری, آزمایش های کششی/برشی و آزمون ریزسختی بر روی اتصال های ایجاد شده انجام گردید. چهار ناحیه مختلف در منطقه جوش به جز فلزات پایه تعیین شدند. در ناحیه اغتشاش فولاد ساده کربنی، تغییر فرم گرم در ناحیه آستنیتی منجر به تشکیل دانه های کوچک آستنیت شده و این دانه ها به فازهای ریز پرلیت و فریت و بعضی محصولات استحاله های برشی مانند فریت ویدمن‌اشتاتن و مارتنزیت استحاله یافتند. ناحیه متاثر از حرارت در فولاد ساده کربنی همانند فرایند های جوشکاری ذوبی، ریزساختارهای ریزدانه شده جزیی و کامل را از خود نشان داد. در ناحیه اغتشاش فولاد زنگ نزن، ریزدانگی قابل توجه دانه ها به دلیل وقوع تبلور مجدد دینامیکی مشاهده شد. ناحیه متاثر از عملیات ترمومکانیکی نیز با دانه های تغییر شکل داده شده شدید متمایز بود. تبلور مجدد دینامیکی با ریز کردن دانه ها در فولاد زنگ نزن و استحاله های فازی در فولاد ساده کربنی منجر به افزایش سختی ناحیه جوش شده است. با افزایش سرعت چرخش و زمان ماند ابزار استحکام کششی/برشی افزایش یافت که طول پیوند در امتداد فصل مشترک دو فلز به عنوان پارامتری موثر در افزایش استحکام کششی/برشی مشخص شد. برای انجام مقایسه از لحاظ استحکام مکانیکی، جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای غیرمشابه نیز بر روی نمونه ها انجام شد. مشخص شد که جوش اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای در پارامتر بهینه جوشکاری دارای استحکام اتصال بالاتری نسبت به جوش مقاومتی نقطه‌ای است. با انجام آزمون کششی/برشی بر روی جوش مقاومتی نقطه‌ای استحکام اتصال 356 مگاپاسکال بدست آمد، در حالی‌که حداکثر استحکام 512 مگاپاسکال در جوش های ایجاد شده اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای تحت جوشکاری با پارامتر بهینه بوده است. همچنین در جوش غیر مشابه فولاد ساده کربنی به فولاد زنگ نزن نسبت به جوش های مشابه فولاد ساده کربنی و فولاد زنگ نزن در شرایط یکسان جوشکاری، به دلیل تفاوت در حالت شکست حداکثر نیروی تحمل شده بالاتری بدست آمد. در بررسی حالت شکست نمونه های بدست آمده از آزمون کششی/ برشی دو حالت شکست مشخص شد که شامل حالت شکست برشی و حالت شکست مخلوط برشی/ کششی بود. با افزایش زمان ماند و سرعت چرخش ابزار حالت شکست از حالت برشی به صورت مخلوط برشی/ کششی تغییر پیدا کرد که این حالت شکست قابلیت تحمل نیرو و جذب انرژی بالاتری را دارد و از لحاظ صنعتی مطلوب تر است. واژه های کلیدی: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای ، فولاد ساده کربنی، فولاد زنگ نزن، ریزساختار، طول پیوند، حالت شکست.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی