اتصال غيرمشابه آلياژهاي Ti-6Al-4V و فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي UNS32750 با استفاده از لايه واسط كامپوزيتي مس - نانولوله كربني به روش فاز مايع گذرا و بررسي خواص ناحيه اتصال

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در اين تحقيق اتصال نامشابه آلياژ Ti-6Al-4V به فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي UNS32750 به روش فاز مايع گذرا در زمان ثابت و دماهاي متغيير با استفاده از ميان لايه كامپوزيتي مس – نانولوله كربني مورد بررسي قرار گرفت. لايه واسط مورد ‌استفاده در اين تحقيق ورقه مسي به ضخامت 25 ميكرون حاوي پوششي از نانولوله‌هاي كربني در 3 غلظت متفاوت بود. فرآيند در زمان ثابت 60 دقيقه و در سه دماي 900، 950 و 1000 و در چهار غلظت 0، 5/0، 2 و 3 درصد وزني از نانولوله‌هاي كربني بر روي ورقه مس انجام شد. جهت ارزيابي ريزساختاري مقطع عرضي اتصال با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي، نمونه‌ها برش داده شد. از قابليت آناليز تفكيك انرژي در ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت بررسي غلظت و توزيع عناصر در فصل مشترك اتصال و پيش‌بيني فازهاي احتمالي شكل‌گرفته استفاده شد. استحكام اتصال نمونه‌هاي فاقد نانوذرات كربني با افزايش دما ابتدا به بيشترين مقدار خود معادل 296 مگاپاسكال در دماي 950 درجه سانتي‌گراد به‌ واسطه شكلگيري منطقه انجماد همدما ارتقاءيافته و سپس با رساندن دما به 1000 درجه سانتي‌گراد به 274 مگاپاسكال افت كرد. كاهش استحكام در دماي 1000 درجه سانتي‌گراد با در نظر گرفتن وجود منطقه انجماد همدما به واسطه شكلگيري بيشتر تركيبات ترد بين فلزي نظير FeTi، Fe2Ti و Cr2Ti در فصل مشترك فولاد/لايه واسط تشخيص داده شد. افزودن نانوذرات كربني تا 2 درصد وزني در تمام دماهاي اتصال سبب كاهش استحكام شد درحالي‌كه با رساندن غلظت نانوذرات به 3 درصد وزني استحكام در دماهاي 950 و 1000 درجه سانتي‌گراد به ميزان 35 مگاپاسكال افزايش يافت. همچنين افزايش نانوذرات كربني سبب كاهش پهناي اتصال در دماي 1000 درجه سانتي‌گراد و افزايش پهناي اتصال در دماهاي 900 و 950 درجه سانتي‌گراد شد. وجود نانولوله‌هاي كربني به‌موجب تسهيل تشكيل فازهايي نظير TiAl3 و Al2Cu3 و ايجاد كاربيد تيتانيم در سمت فلز پايه فولادي و تشكيل محلول جامد با تيتانيم در مركز اتصال به ترتيب سبب رسيدن ميزان سختي اين مناطق به 900 و 850 ويكرز شد. البته وجود نانوذرات كربني سبب توزيع يكنواخت سختي در فصل مشترك اتصال گرديد. همچنين رساندن غلظت اين ذرات به 3 درصد وزني در دماهاي 950 و 1000 درجه سانتي‌گراد به مقدار زيادي غلظت تركيبات ترد بين فلزي Ti2Cu در منطقه انجماد غيرهمدما را كاهش داد درحالي‌كه در دماي 900 درجه سانتي‌گراد افزايش تركيبات يوتكتيكي نظير TiCu در منطقه انجماد غيرهمدما را رقم زد. سطوح شكست اتصال در تمامي دماها به واسطه وجود صفحات كليواژ و الگوهاي رودخانه‌اي مكانيزم شكست ترد را نشان ميدهند. اين درحالي است كه نمونه‌هايي كه با افزايش استحكام مواجه شدند و حاوي كاربيد تيتانيم بودند سطح شكست ورقه‌اي شكلي را نشان دادند. وجود نانولولههاي كربني در محل اتصال با تشكيل كاربيدهاي تيتانيم در دماهاي 950 و 1000 درجه سانتي‌گراد به عنوان موانعي بر سر راه رشد ريزتركها قرارگرفته و استحكام اتصال را به ميزان مشخصي افزايش ميدهد.

210795

جوشكاري

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

قاسم عظيمي رويين، وحيد اصفهاني يگانه

مرتضي شمعانيان، عباس بهرامي