Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Abbas Bahrami
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) عباس بهرامي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Soltani Samani
محمد سلطاني ساماني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Fabrication and modification of Ni3Al intermetallic compound and evaluation of its joint properties by transient liquid phase method
Fabrication and modification of Ni3Al intermetallic compound and evaluation of its joint properties by transient liquid phase method In this study, the effect of boron additive on the hardness and microstructure of Ni3Al was studied and And the optimum amount of boron was added to improve the structure of the Ni 3 Al intermetallic compound. Also, the jointing of Ni 3 Al intermetallic compound using transient liquid phase process was investigated.It was determined that the density of dendrites increases as a result of the addition of boron, and space between the secondary arm decreases due to the increase in constitutionally supercooling. The results of the Vickers hardness test showed that the specimen without a boron had 190 HV hardness and white adding boron to 2 at. % reached 352 HV. In the following, a transitional liquid phase method was used to jointing the Ni 3 Al intermetallic compound. In this study, joining was performed at vacuum furnace at 1050 C 0 and the effect of copper and AWS BNi-2 interlayer on the bonding region was investigated for four times at 30, 60, 90 and 120 minutes. The joint area was investigated by optical and Scanning Electron Microscope. Investigations showed that no Isothermally Solidifed Zone was formed at joining with the AWS BNi-2 interlayer for 120 minutes and only with increasing time, Brittle phases were reduced in Athermally Solidifed Zone at the Jointing. Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy analysis on copper-bonded specimens showed that the Diffusion Affected Zon is formed at joints. Also, the results showed that up to 90 minutes Brittle phases still exist in Jointing, But by increasing the time to 120 minutes, a solid solution of copper was formed in the Jointing. The investigation of microstructure changes in different regions along the Jointing and around it showed that in jointing with the AWS BNi-2 interlayer, the highest hardness was formed in the central line of the joint so that with increasing time Up to 120 minutes, the hardness increases to 722 HV. The hardeness profile of jointing with Copper interlayer It was seen that hardness was increased by increasing the time to 90 minutes, and with increasing time to 120minutes, the hardness in the center line of joints decreased to 224 HV. The joints were draged by a tension device and a fixture, and the shear strength was measured. The results showed that in joints white AWS BNi-2 interlayer, the shear strength increased with increasing time, so that the shear strength increased to 217 MPa for 120 minutes. In joints white Copper interlayer, the highest shear strength was obtained 60 MPa at the time of 30 minutes due to the presence of a nickel-rich matrix. With increasing time for up to 90 minutes, the shear strength decreased and reached 34 MPa and at 120 minutes, shear strength increased again to 44 MPa due to the formation of a copper-rich solid solution and the elimination of eutectic compounds. Considering that the highest shear strength was related to the BNi-2 interlayer and the duration of 120 minutes, this interlayer and this time were selected as the best parameters, and applied on an optimum sample of% 1 Boron to investigate the effect of boron in the base metal on the binding properties. Studies have shown that under the influence of the presence of boron on the base metal and the decrease of Gradient concentration of this element, the amount of nickel and chromium boride and Ni 3 Si phase in the joint increased in comparison with the sample without boron at time of 120 minutes. This increased the hardness to 792 HV in the center line of the joint and reduced the shear strength to 203 MPa. Investigation of the fracture surface by the electron microscope showed that the joints with the AWS BNi-2 were all broken in brittle fracture mode. For the joints white copper interlayer until the 90 minute, brittle fracture mood was overcoming, but with increasing time to 120 minutes failure often occurred softly. In joint for the sample white 1 at.% boron and AWS BNi-2 inter layer at the time of 120 minute also was more brittle than the sample Without boron In the same condition, as the amount of boron and the formation of brittle phases in the joint has increased. Finally, in general, the amount of boron at.% 1 was the optimal amount at which the highest degree of hardness and flexibility was achieved. All joints was successful at all times and interlayers, but the AWS BNi-2 interlayer and the 120 minute duration showed better performance than the copper interlayer. Key Words Ni 3 Al Intermetallic composition, transitional liquid phase process, boron, interlayer, Athermally Solidification.
ساخت و اصلاح ساختار ترکيب بين فلزي Ni 3 Al و ارزيابي خواص اتصال آن به روش فاز مايع گذرا چکيده در اين پژوهش تأثير افزودن بور بر سختي و ريزساختار Ni 3 Al موردبررسي قرار گرفت و ميزان بهينه بور به‌منظور اصلاح ساختاري ترکيب بين فلزي Ni 3 Al به آن اضافه شد. همچنين اتصال ترکيب بين فلزي Ni 3 Al با استفاده از فرآيند فاز مايع گذرا موردبررسي قرار گرفت. با بررسي ريزساختار به‌وسيله ميکروسکوپ نوري مشخص شد در اثر افزودن بور ميزان تراکم دندريت‌ها افزايش و فاصله بين بازوهاي ثانويه به سبب افزايش تحت انجماد ترکيبي کاهش مي‌يابد. نتايج سختي سنجي ويکرز نشان داد که نمونه بدون بور داراي سختي 190 ويکرز بوده و با اضافه کردن بور تا at.% 2 اين ميزان به 352 ويکرز رسيد. در ادامه به‌منظور اتصال ترکيب بين فلزي Ni 3 Al از روش فاز مايع گذرا استفاده شد. در اين پژوهش اتصال در کوره خلأ و در دماي 1050 درجه سانتي‌گراد صورت گرفت و تأثير دولايه مياني مس و BNi-2 در چهار زمان 30، 60، 90 و120 دقيقه بر منطقه اتصال موردبررسي قرار گرفت. منطقه اتصال به‌وسيله ميکروسکوپ‌هاي نوري والکتروني موردبررسي قرار گرفت. بررسي‌ها نشان داد که براي اتصال با لايه مياني BNi-2 تا مدت‌زمان 120 دقيقه هيچ‌گونه منطقه انجمادي هم‌دما ايجاد نشد و فقط با افزايش زمان از ميزان فازهاي ترد و شکننده در منطقه انجماد غير هم‌دما در خط اتصال کاسته شد. بررسي‌هاي آناليز طيف‌سنجي پراش انرژي پرتوايکس بر روي نمونه‌هاي با اتصال با لايه مياني مس نشان داد که منطقه متأثر از نفوذ در اتصالات تشکيل‌شده است. همچنين نتايج نشان داد که تا مدت‌زمان 90 دقيقه فازهاي يوتکتيک ترد و شکننده همچنان در خط اتصال وجود دارند اما با افزايش زمان تا 120 دقيقه يک محلول جامد غني از مس در خط اتصال تشکيل شد. بررسي تغييرات ريز سختي در نواحي مختلف در خط اتصال و اطراف آن نشان داد که در اتصال با لايه مياني BNi-2 بالاترين سختي به دليل تشکيل فازهاي سخت بورايد نيکل و کروم در خط مرکزي اتصال پديد مي‌آيد به‌گونه‌اي که با افزايش زمان تا 120 دقيقه ميزان سختي تا 772 ويکرز افزايش مي‌يابد. تغييرات سختي براي اتصال با لايه مياني مس به‌گونه‌اي بود که بيشترين سختي در منطقه متأثر از نفوذ به‌واسطه تشکيل ترکيبات ترد و سخت در اين منطقه مشاهده شد. ميزان سختي در خط اتصال با افزايش زمان تا 90 دقيقه افزايش يافت و با افزايش زمان تا 120 ميزان سختي در خط مرکزي اتصال کاهش پيدا کرد و به مقدار224 ويکرز رسيد. اتصالات به‌وسيله دستگاه کشش و يک نگه‌دارنده، تحت کشش برشي قرار گرفتند و ميزان استحکام برشي آن‌ها اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد که در اتصالات بالايه مياني BNi-2 ميزان استحکام برشي با افزايش زمان افزايش پيدا مي‌کند به‌طوري‌که مقدار استحکام برشي در مدت‌زمان 120 دقيقه به 217 مگا پاسکال مي‌رسد. در اتصالات با لايه مياني مس بيشترين ميزان استحکام برشي در مدت‌زمان 30 دقيقه به‌واسطه وجود يک زمينه غني از نيکل در خط اتصال، برابر 60 مگا پاسکال به دست آمد. با افزايش زمان تا 90 دقيقه ميزان استحکام برشي کاهش يافت و به ميزان34 مگا پاسکال رسيد و در زمان 120 دقيقه مجدداً استحکام برشي به دليل تشکيل محلول جامد غني از مس و از بين رفتن ترکيبات يوتکتيک به مقدار 44 مگا پاسکال افزايش يافت. با توجه به اينکه بالاترين ميزان استحکام برشي مربوط به اتصال با لايه مياني BNi-2 و مدت‌زمان 120 دقيقه بود اين لايه مياني و اين مدت‌زمان به‌عنوان بهترين پارامترها انتخاب شدند و بر روي نمونه‌اي با درصد بهينه at.% 1 بور اعمال شدند تا تأثير بور در فلز پايه بر روي خواص اتصال بررسي شود. بررسي‌ها نشان داد تحت تأثير وجود عنصر بور در فلز پايه و کاهش شيب غلظتي اين عنصر، ميزان فازهاي بورايد نيکل و کروم و فاز Ni 3 Si در خط اتصال نسبت به نمونه بدون بور در مدت‌زمان 120 دقيقه افزايش يافت. همين امر سبب افزايش سختي تا 792 ويکرز در خط مرکزي اتصال و کاهش استحکام برشي به 203 مگا پاسکال شد. بررسي سطوح شکست به‌وسيله ميکروسکوپ الکتروني نشان داد در اتصالات با لايه مياني BNi-2 همگي به‌صورت ترد شکسته شده‌اند. براي اتصالات بالايه مياني مس تا زمان اتصال دهي 90 دقيقه شکست ترد غالب بود اما با افزايش زمان تا 120 دقيقه شکست غالباً به‌صورت نرم اتفاق افتاد. در اتصال نمونه بوردار با لايه مياني در مدت‌زمان 120 دقيقه BNi-2 نيز شکستي تردتر نسبت به نمونه بدون بور در همين مدت‌زمان اتفاق افتاد چراکه ميزان بور و تشکيل فازهاي سخت و شکننده در اتصال افزايش‌يافته است. درنهايت به‌طورکلي ميزان بور at.% 1 مقدار بهينه‌اي بود که در آن بيشترين ميزان سختي و انعطاف‌پذيري به دست آمد. در تمامي زمان‌ها و لايه‌هاي مياني اتصال به‌صورت موفقيت‌آميزي صورت گرفت اما لايه مياني BNi-2 و مدت‌زمان 120 دقيقه نسبت به لايه مياني مس عملکرد بهتري از خود نشان داد. کلمات کليدي: ترکيب بين فلزي Ni 3 Al ، فرآيند فاز مايع گذرا، بور، لايه مياني، انجماد غير هم‌دما.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی