Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Jafari
حمید جعفری

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Resistance spot welding of ultra-fine grained/nanostructured 304L austenitic stainless steel produced by martensite thermomechanical process and evaluation of weldment properties
In this research, in order to eliminate poor mechanical properties of austenitic 304L stainless steels and utilize useful capabilities of these alloys in industry, firstly, an ultrafine grained/ nanostructured AISI 304L steel was produced by martensite thermomechanical processing. The alloy was then welded by resistance spot welding method. The samples were prepared in dimensions of 80*40*10 mm and then cold rolled to 90% reduction in thickness. Subsequently, to get ultra-fine/fine grained austenitic structure, the samples were annealed at 700°C and 900°C for 5 to 360 minutes. The produced samples containing various grain sizes, were resistance spot welded with different parameters of current 6 to 35 KA, electrode force 4 KN and welding time 6 to 18 cycle (0.1 – 0.3 s). For phase analysis, X-ray diffraction (XRD) and feritscope techniques were applied during cold roll and annealing process. Investigation of microstructures was carried out using optical microscope as well as scanning electron microscope (SEM). Electron backscatter diffraction was used for studying weld microstructure. XRD pattern of rolled samples exhibited the transformation of austenite to martensite while for annealed samples, it was reverse. Microstructure of annealed samples showed that annealing at 700°C for 120 minutes leads to ultra-fined / nanostructured with grain size of 400 nm and also, annealing at 900°C for 5 and 180 minutes leads tow steel with grain size of 3 and 12 micron, respectively. Tensile strength of ultra-fine sample, its elongation and hardness were 1060 MPa, 48% and 330 VHN, respectively. Studies of weld nugget structure obtained by EBSD, proved the existence of casting structure around the weld spot via formation of austenite matrix in addition to 3% delta ferrite phase. During shear tensile test, the fracture occurred in two distinct modes including interfacial and/or pullout failure. The pullout failure is the most ideal type of failure in tensile shear test. The most tensile shear peak load of weld spot of ultra-fined samples was 12000 N while its hardness was 250 VHN, obtained through welding with 30 to 35 KA currents, 18 cycles (0.3 s) welding time and 4 KN (80MPa) electrode force. The Results for different welded samples which had various grain sizes, showed that by increasing of grain size, the fracture load decreases. Also, the hardness of ultra-fined sample in comparison with other samples which had grain sizes of 3, 12 micron and as-received steel was more. Studying the fracture surfaces of the weld nugget in both cases showed that the occurred failure was a ductile failure with the formation of dimples. Tensile direction of dimples in line of applied force showed that the failure of the weld nugget had a shear (tensile) nature. Keywords : 304L stainless Steel, Ultra-fine Grained/nano structured, Resistance Spot Welding, Advanced Thermomechanical Process, Electron Backscatter Diffraction (EBSD
در این پژوهش به منظور رفع خواص ضعیف مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L و بهره مندی از ویژگی های مناسب آن در صنایع، ابتدا فولاد فوق ریزدانه/ نانوساختار به روش ترمومکانیکی مارتنزیت تولید و سپس به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای جوشکاری شد. نمونه های فولاد در ابعاد mm 10*40*80 آماده سازی شده و به روش نورد سرد شدید تا 90% کاهش در ضخامت نورد انجام گرفت. سپس نمونه hy;ها در دماهای °C 700 و °C 900 به مدت زمان 5 الی 360 دقیقه جهت ایجاد ساختار فوق ریزدانه و ریزدانه آستنیتی آنیل شد. نمونه های تولید شده، با اندازه دانه مختلف به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای با پارامترهای مختلف، شدت جریان 6 الی 35 کیلو آمپر، نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن، و مدت زمان جوشکاری 6 الی 18 سیکل (3/0 – 1/0 ثانیه) جوشکاری شد. جهت تعیین فازهای تولید شده در طی فرایند نورد و آنیل فولاد از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و فریتوسکوپی استفاده شد. بررسی ریزساختارها به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت پذیرفت. جهت بررسی ریزساختار حاصل از جوش از آنالیز پرتو الکترونی برگشتی (EBSD) استفاده شد. در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های نورد و آنیل شده به ترتیب استحاله آستنیت به مارتنزیت و برعکس دیده شد. بررسی ریزساختار حاصل ازآنیل نشان داد که آنیل در دمای °C 700 و زمان 120 دقیقه منجر به تولید فولاد فوق ریزدانه / نانوساختار با اندازه دانه 400 نانومتر و آنیل در دمای °C 900 و زمان های 5 و 180 دقیقه منجر به تولید فولاد با اندازه دانه ی به ترتیب 3 و 12 میکرومتر شد. استحکام کششی نمونه فولاد فوق ریزدانه 1060 مگا پاسکال با ازدیاد طول 48% و سختی 330 ویکرز بدست آمد. بررسی های حاصل از ریزساختار ناحیه جوش توسط EBSD، نشان از وجود ساختار ریختگی دکمه ی جوش همراه با شکل گیری فاز زمینه آستنیت در ساختار و حدود 3% فاز فریت دلتا داد. شکست ناشی از آزمون برش کشش به دو صورت شکست در فصل مشترک و بیرون آمدن دکمه ی جوش اتفاق افتاد. شکست ناشی از بیرون آمدن دکمه ی جوش به عنوان ایده آل ترین نوع شکست در آزمون برش کشش انتخاب شد. بیشترین نیروی برش کشش دکمه ی جوش در فولاد فوق ریزدانه در شرایط جوشکاری با پارامترهای، شدت جریان 30 الی 35 کیلو آمپر، زمان جوشکاری 18 سیکل (s 3/0) و نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن (MPa 80) به میزان 12000 نیوتن و سختی فلز جوش حدود 250 ویکرز بدست آمد. نتایج حاصل از جوشکاری نمونه ها در اندازه دانه های متفاوت نشان از کاهش نیروی شکست با افزایش اندازه دانه داد. سختی دکمه ی جوش در نمونه فوق ریزدانه در مقایسه با نمونه های با اندازه دانه 3 ، 12 میکرومتر و نمونه فولاد اولیه بالاتر بود. سطوح شکست نمونه های جوشکاری شده در هر دو حالت شکست نشان داد که شکست دکمه ی جوش به صورت نرم همراه با تشکیل دیمپل بوده است. جهت کشیده شدن دیمپل ها در راستای اعمال نیرو نشان داد که شکست ناشی از دکمه ی جوش ماهیتی برشی کششی دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی