بررسي ريزساختار و خواص مکانيکي اتصال فولاد St37- فولاد Ck60 به وسيله جوشکاري انفجاري

STUDENT

DEGREE

YEAR

Theaimofthe present studywas to investigate the microstructure and mechanical properties of a Ck60/St37 composite plate produced by explosive welding technique. The explosive ratio and stand-off distance were set to be 1.7 and 1.5t (t=flyer thickness), respectively. In as welded condition, mechanical tests such as shear and impact tests as well as microhardness measurements were conducted. Then, stress relieved treatment were performed at different temperatures. In order to compare results with as welded condition, mechanical properties were evaluated on the stress relieved samples. In addition, in order to have wear resistance samples, various hardening treatments was applied consisting normalizing, oil quenching, water quenching, and tempering at 200, 400 and 600°C. Then, wear and shear tests were carried out on the above heat treated samples. Optical and scanning electron microscopy observations revealed a wavy morphology at the bonding interface. In addition, locally melted zones were formed along the interface. However, samples which were subjected to the heat treatment did not show any sign of the local melted zones adjacent to the interface. It was also found that at 650 and, 700°C, the grains located at the interface were coarsened. The results also showed that even after the hardening treatment, the wavy morphology was observed at the interface and the ferrite- perlite structure was transformed to martensite structure on the Ck60 side.However, on the St37 side, the ferrite- perlite structure was remained unchanged. Microhardness results showed that the maximum hardness was obtained near the explosively welded interface. When stress relieving treatment was performed at 600°C, the hardness values were decreased, while the maximum hardness was still measured to be near the interface. Also, it was also seen that at 650 and 700°C hardness was significantly decreased near the interface, mainly due to the grain coarsening took place on the both sides of the interface. Shear tests on the welded metals also showed that the average shear strength for as welded and stress relieved conditions were higher than that of the values reported as the standard levels, implying that composite plates could be safely used. Water quenching caused the least shear strength, whereas tempering at 600°C resulted in the maximum shear strength level. The results of the impact tests for as welded and stress relieved condition showed that heat treatment at the three temperatures led in greater absorbed energy. The bonding strength was determined in two ways, one with the cladding metal in tension and the other with the cladding metal in compression. Bending test results showed that these joints could be safely used when the cladded metal was under compression; otherwise, it would be fractured. Moreover, wear test showed that samples which water quenched and tempered at 200°C exhibited greater wear resistance than the samples subjected to oil quenching and tempering at 200, 400°C. Finally, by considering both wear resistance and shear strength, oil quenching and tempering at 400°C were found to give rise the optimum conditions. Keywords : Explosive welding, Stress relieving, Microstructure, Wear resistance

چکيده در اين پژوهش به بررسي متالورژيکي اتصال حاصل از جوشکاري انفجاري فولاد Ck60- فولاد St37 پرداخته شده است. نسبت بار انفجاري و فاصله توقف صفحه پرنده قبل از انفجار به ترتيب 4/1= R و t2=d (t ضخامت صفحه پرنده) انتخاب گرديده است. در حالت جوش داده شده، با بررسي هاي ريزساختاري و همچنين آزمون هاي مکانيکي مانند برش، ضربه و تغييرات ريزسختي مورد مطالعه قرار گرفت. سپس به بررسي عمليات آزادسازي تنش در سه دماي مختلف پرداخته شد. به منظور مقايسه با حالت جوش داده شده، آزمون هاي مکانيکي روي نمونه هاي عمليات حرارتي شده انجام شد. در نهايت براي افزايش مقاومت به سايش اتصال دو فلزي توليد شده، عمليات سخت گرداني در شش حالت نرماله کردن، سرد کردن در روغن، سرد کردن در آب و سپس تمپر در دماهاي 200، 400 و ?C600 انجام شد. سپس آزمون هاي سايش و برش روي نمونه هاي سخت شده انجام شد. مطالعات ريزساختاري که توسط ميکروسکوپ نوري و الکتروني روبشي صورت گرفت، نشان داد که نمونه جوش داده شده داراي فصل مشترک موجي به همراه بعضي مناطق ذوب موضعي است. با انجام عمليات آزادسازي تنش، مناطق ذوب موضعي حذف و مناطق ريزدانه ايجاد مي گردند، همچنين درشت دانگي در دانه هاي نزديک فصل مشترک بعد از انجام عمليات آزادسازي تنش در دماهاي 650 و °C700 مشاهده شد. نتايج نشان داد که حتي با انجام عمليات سخت گرداني، باز هم هندسه موجي در فصل مشترک مشاهده مي شود. همچنين در طرف Ck60 تغييرات ريزساختاري شديدي رخ مي دهد، به گونه اي که با سرد کردن در آب ريزساختار از حالت فريتي- پرليتي به مارتنزيت تغيير مي کند، اما در طرف St37 باز هم ساختار فريتي- پرليتي مشاهده شد. نتايج حاصل از ريزسختي سنجي نشان داد، در حالت جوش داده پيک سختي در نزديکي فصل مشترک رخ مي دهد که با دورشدن از آن کاهش مي يابد. زماني که آزادسازي تنش در دماي °C600 انجام شد مقادير سختي کاهش يافت، اما پيک سختي به صورت کامل از بين نرفت. با انجام عمليات آزادسازي تنش در دماهاي 650 و °C700 سختي در نزديکي فصل مشترک به ميزان بيش تري نسبت به مناطق دور از فصل مشترک کاهش يافت که منطبق با قسمت درشت دانگي در دو طرف فصل مشترک مي باشد. نتايج حاصل از آزمون برش نشان داد، استحکام برشي بدست آمده در حالات جوش داده شده و آزادسازي تنش از عدد تعريف شده توسط استاندارد بيش تر مي باشند، در نتيجه مي توان به صورت ايمن از اتصال دو فلزي ايجاد شده استفاده کرد. با بررسي استحکام برشي بعد از انجام عمليات سخت گرداني مشاهده شد که اختلاف زيادي بين مقادير بدست آمده براي حالات مختلف است، به طوري که حالت سرد شده در آب حداقل استحکام برشي و تمپر در °C600 بيش ترين مقدار را دارد. نتايج حاصل از آزمون ضربه براي حالت جوش داده شده و عمليات آزادسازي تنش نشان داد، با انجام عمليات حرارتي انرژي جذب شده در هر سه دماي آزمون افزايش مي يابد. همچنين به منظور بررسي استحکام پيوند، آزمون خمش به دو صورت که فولاد Ck60 يک بار تحت کشش و بار ديگر تحت فشار قرار گيرد، انجام شد. زماني که Ck60 تحت فشار قرار گرفت، نمونه دوفلزي توليد شده به راحتي تا °180 خم شد، اما زماني که تحت کشش قرار گرفت در زواياي کمتر از ?45، اتصال توليد شده از سمت فولاد Ck60 شروع به ترک و نهايتا موجب جداشدن و شکستن قطعه گرديد. همچنين آزمون سايش انجام شده نشان داد، نمونه تمپر شده در °C200 بهترين مقاومت به سايش را داراست ولي نمونه سرد شده در آب، مقاومت به سايش کمتري نسبت به نمونه هاي تمپر شده در 200، °C400 و همچنين سرد شده در روغن دارد. در نهايت نشان داده شد، با توجه به در نظر گرفتن همزمان نتايج آزمون سايش و برش براي حالات مختلف سخت شده، نمونه تمپر شده در °C400 و سرد شده در روغن جزء بهترين حالات مي باشند و با توجه به اينکه سرد کردن در روغن داراي اعوجاج کمتري نسبت به آب است، بنابراين مي تواند حالت بهينه باشد. کلمات کليدي: جوشکاري انفجاري، آزادسازي تنش، ريزساختار ، مقاومت به سايش