Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soheil Sabooni
سهيل صابوني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Microstructural Evolution and Thermomechanical Behavior of 304L Stainless Steel with Bimodal Structure During Friction Stir Welding
An ultrafine grained 304L stainless steel with bimodal structure was produced by martensitic thermomechanical processing and joined by applying friction stir welding (FSW). The thermomechanical processing comprised a cold roll procedure up to 80% reduction followed by annealing at 700 0 C for 300 min. The results showed that the martensite morphology changed from lath type in the 60% rolled sample to a mixture of lath and dislocation-cell types in the higher rolling reductions. Calculation of the Gi free energy change during the reversion treatment showed that the reversion mechanism is shear controlled at the annealing temperature and so the existence of bimodal structure was attributed to the existence of two different kind of martensite prior to annealing. After FSW, different grain structures in different regions of the weld nugget were observed due to the asymmetry in the heat generation during the welding process. Grain growth was found to be the most predominant phenomena in the region just ahead of the rotating tool during the thermal cycle of FSW. A banded structure was observed in the advancing side of the weld nugget. TEM observations revealed that nanometric sigma phase precipitates were present both in the grain boundaries and inside the grains of this region. Shear textures were clearly identified in the weld center. The lack of rotated cube texture shows that the discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) is not active in the final microstructure. Increasing the welding speed can reduce the final grain size of the weld nugget leading to higher hardness. Hardness is found to increase in the weld and this is not just a grain refinement effect, but also due to the presence of sub-boundaries and a high density of dislocations. Keywords : Deformation induced martensite, Friction stir welding, Recrystallization mechanism, ThermoCalc analysis, Sigma phase
چکيده در اين پژوهش ريزساختار و رفتار ترمومکانيکي فولاد زنگ‌نزن L 304 با ساختار دوگانه در حين جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا فولاد فوق ريزدانه/ نانوساختار L 304 از طريق فرايند ترمومکانيکي مارتنزيت متشکل از نورد سرد و آنيل کنترل شده توليد شد و در سرعتهاي خطي مختلف از 20 تا 160 ميلي‌متر بر دقيقه در سرعت دوراني ثابت rpm 630 تحت جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي قرار گرفت. جهت بررسي تاثير اندازه دانه فلز پايه بر ريزساختار و مکانيزم‌هاي تبلور مجدد، فولادي درشت‌دانه نيز با شرايط مشابه تحت جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي قرار گرفت و ساختارهاي حاصل با منطقه اغتشاش نمونه داراي فلز پايه فوق ريزدانه مقايسه شد. تغييرات ريزساختاري در حين نورد و استحاله‌هاي فازي در جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي مجهز به آناليزگر تفرق الکترون‌هاي برگشتي مورد مطالعه قرار گرفت. خواص مکانيکي نمونه‌ها نيز توسط آزمون نانوفرورونده و ريزسختي سنجي بررسي شد. نتايج نشان داد که در حين نورد سرد مکانيزم‌هاي متفاوتي در جوانه‌زني مارتنزيت ناشي از تغيير شکل موثرند. اين مکانيزم‌ها به سه دسته جوانه‌زني در فصل مشترک باندهاي برشي، جوانه‌زني بر يک باند برشي مجزا و جوانه‌زني در فصل مشترک مرزدانه – باند برشي طبقه‌بندي شد. ادامه فرايند نورد تا 80% کاهش در ضخامت سبب شکل‌گيري دو نوع مارتنزيت تيغه‌اي و سلول – نابجايي شد به گونه‌اي که در حين آنيل بازگشتي ساختاري آستنيتي با توزيع دوگانه اندازه دانه‌ها در مقياس ميکرو- نانو به دست آمد. بررسي‌هاي انجام گرفته در منطقه اغتشاش دکمه جوش حاکي از وجود ناهمگني‌هاي ساختاري در اندازه دانه آستنيت و ميزان فريت دلتا بود. چنين اختلافاتي در ريزساختار به عدم تقارن در توليد و انتقال حرارت ارتباط داده شد. تلفيقي از بازيابي نابجايي‌ها و رشد دانه‌هاي فوق‌ريز به عنوان مکانيزم اصلي در سيکل گرمايشي جوشکاري تعيين شد. وجود ناحيه باندي در سطح مقطع اتصالات به شکل‌گيري ذرات نانومتري فاز سيگما ارتباط داده شد. مطالعات ميکروسکوپي نشان داد که فاز سيگما در ناحيه جلوي ابزار در حين سيکل گرمايشي جوشکاري ايجاد شده و پس از شکسته شدن در ساختار نهايي ناحيه اغتشاش توزيع مي‌گردد. همچنين احتمال مي‌رود که دانه‌هاي فريت دلتا در حين تبلور مجدد در جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي به صورت جزيي به فاز سيگما تبديل شده و در منطقه اغتشاش توزيع گردد. نتايج مطالعات ترموديناميکي با استفاده از نرم افزار ThermoCalc نشان داد که محدوده دمايي 650 تا 700 درجه سانتيگراد محتمل‌ترين محدوده دمايي جهت شکل‌گيري فاز سيگما مي‌باشد که تطابق مطلوبي با شکل‌گيري اين فاز در شرايط جوشکاري را نشان مي‌دهد. مشاهده شد که اندازه دانه فلز پايه تاثير بسزايي در بافت منطقه اغتشاش دارد. نتايج آناليز تفرق الکترون‌هاي برگشتي نشان داد که بافت مرکز جوش در نمونه داراي فلز پايه فوق ريزدانه ترکيبي از بافت برشي A * و B/ بوده در حالي که بافت مرکز جوش در نمونه داراي فلز پايه درشت‌دانه به صورت بافت مکعبي چرخيده شده مي‌باشد. بر اين اساس مکانيزم تبلور مجدد در نمونه داراي فلز پايه فوق ريزدانه به صورت تبلور مجدد ديناميکي پيوسته و در نمونه داراي فلز پايه درشت‌دانه به صورت تبلور مجدد ديناميکي ناپيوسته تعيين شد. روشي ابتکاري در تعيين تنش پسماند بر اساس اعمال آزمون نانوفرورونده بر ميکروپيلارهاي توليد شده از مرکز اتصالات به کار گرفته شد. نتايج بررسي‌ها نشان داد که افزايش سرعت خطي در جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي افزايش تنش پسماند فشاري را در سطح مقطع اتصال به همراه دارد. روشي ابتکاري در تعيين تنش‌هاي پسماند مقطع جوش توسط آزمون نانوفرورونده به کار گرفته شد. کلمات کليدي: جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، توزيع دوگانه در اندازه دانه آستنيت، مکانيزم‌هاي تبلور مجدد ديناميکي، بافت، فولادزنگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی