شماره راهنما :
1904 دكتري
پديد آورنده :
عجبشيري، مهرداد
عنوان :
اتصال غيرمشابه سوپرآلياژ پايه نيكل IN625 به فولاد زنگ نزن آستنيتيAISI 316L به روش فاز مايع گذرا (TLP) و بررسي مكانيزم اتصال و خوردگي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
يازده، 116 ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مرتضي شمعانيان، علي اشرفي
توصيفگر ها :
اتصال فاز مايع گذرا (TLP) , فولاد زنگ نزن 316L , سوپر آلياژ اينكونل 625 , لايه مياني مس
استاد داور :
مسعود عطاپور، مسعود مصلائي پور، همام نفاخ موسوي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/02/20
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/02/24
چكيده فارسي :
اتصالات غيرمشابه به دليل كاهش هزينه¬ها و بهبود عملكرد تجهيزات و سازه¬ها در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. اتصال فولادهاي زنگ¬نزن به سوپرآلياژهاي پايه نيكل مي¬تواند به طور گسترده¬اي در صنايع نفت و گاز، پالايشگاهي و شيميايي مورد استفاده قرار بگيرد. هدف از اين پژوهش اتصال فاز مايع گذراي (TLP) آلياژ اينكونل 625 به فولاد زنگ نزن L316 با استفاده از لايه مياني مس مي¬باشد. بدين منظور فرآيند TLP در دماهاي 1080، 1100 و℃1120 با مدت زمان¬هاي 15، 30 و 60 دقيقه انجام شد. بررسي¬هاي ريزساختاري، تحولات فازي و مكانيزم، سينتيك و ترموديناميك نفوذ عنصر مس از لايه مياني به فلزات پايه با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي انتشار ميداني (FESEM) مجهز به طيف سنجي پراكندگي انرژي پرتو ايكس (EDS)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، ميكروسكوپ نوري و تفرق پرتو ايكس (XRD) صورت گرفت. علاوه بر اين نفوذ عنصر مس به فلزات پايه با استفاده از نرم¬افزار المان محدود متلب شبيه¬سازي گرديد. نتايج نشان داد كه بهترين اتصال در دماي ℃1120 به مدت زمان 30 دقيقه حاصل شد. با افزايش زمان اتصال به min60 در دماي ℃1120 ريزحفرات در منطقه اتصال تشكيل گرديدند. نتايج آناليز EDS نشان داد كه نرخ نفوذ عنصر مس در فلزات پايه با طولاني شدن زمان اتصال به دليل رشد دانه¬هاي فلز پايه و به تبع آن كاهش مرز دانه¬ها در واحد حجم كاهش مي¬يابد. رسوبات غني از (Mo-Nb)،(Cr-Mo) و Nb در منطقه متاثر از نفوذ اينكونل 625، رسوبات غني از (Mo-Nb) و Nb در منطقه ناحيه اتصال و رسوبات غني از (Cr-Mo) و Nb در منطقه متاثر از نفوذ فولاد زنگ نزن L316 تشكيل شدند. مقايسه نتايج شبيه¬سازي اتصال 316L/Cu/IN625 نشان داد كه نفوذ مس در فولاد زنگ نزن L316 در نتايج شبيه سازي كمتر از نتايج تجربي بوده در حاليكه نفوذ مس در سمت اينكونل 625 در نتايج حاصل از شبيه سازي بيشتر از نتايج حاصل ازآزمون¬هاي تجربي بود. نتايج محاسبات شار اتم¬هاي مس به سمت فلزات پايه نشان داد كه نفوذ مس در سمت فلز پايه اينكونل 625، 30 برابر نفوذ مس در سمت فولاد زنگ نزن L316 بوده كه باعث جابه¬جايي فصل مشترك اتصال به سمت فلز پايه فولاد زنگ نزن L316 مي¬شود. جهت ارزيابي خواص مكانيكي اتصال، استحكام برشي اتصالات و تغييرات ريزسختي در مقطع اتصال اندازه¬گيري شده و سطوح شكست مورد بررسي قرار گرفتند. حداكثر استحكام برشي ( MPa475) و حداكثر ريزسختي (VHN160) در نمونه اتصال داده شده در دماي ˚C1120 به مدت 30 دقيقه حاصل شد كه با نتايج بررسي¬هاي ريزساختاري تطابق خوبي داشت. به منظور ارزيابي مقاومت به خوردگي اتصالات، آزمون¬هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) در محلول 3.5%NaCl انجام شد. نتايج آزمون¬هاي الكتروشيميايي نشان¬دهنده مطابقت بين نتايج حاصل از بررسي¬هاي ريزساختاري و مقاومت به خوردگي اتصال بود. نمونه اتصال داده شده در دماي ℃1120 به مدت 30 دقيقه، به دليل مقاومت انتقال بار از لايه دوگانه بالاتر و چگالي جريان خوردگي كمتر نسبت به ساير اتصال¬ها مقاومت به خوردگي بالاتري را دارا بود. دليل مقاومت به خوردگي بالاتر در اين نمونه، نفوذ مس به سمت فلزات پايه و كاهش پهناي ناحيه اتصال مي¬باشد.
چكيده انگليسي :
Dissimilar joints have been used in various industries to reduce costs and improve the performance of equipment and structures. Bonding of stainless steels to nickel-based superalloys can be widely used in the oil and gas, refining and chemical industries. The aim of this study is transient liquid phase (TLP) bonding of Inconel 625 alloy to 316L stainless steel using the Cu interlayer. For this purpose, TLP process was performed at temperatures of 1080, 1100 and 1120℃ with durations of 15, 30 and 60 minutes. Microstructural studies, phase transformations and mechanisms, kinetics and thermodynamics of diffusion of Cu element from the interlayer to base metals using field emission scanning electron microscopy (FESEM) equipped with X-ray energy scattering spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM), Light microscopy and X-ray diffraction (XRD) were performed. In addition, the diffusion of Cu element into base metals was simulated using MATLAB finite element software. The results showed that the best bonding was achieved at 1120℃ for 30 minutes. By increasing the bonding time to 60 minutes at a temperature of 1120℃ microvoids were formed in the bonding zone. The results of EDS analysis showed that the diffusion rate of Cu element in base metals decreases with increasing bonding time due to the growth of base metal grains and consequently the reduction of grain boundaries per unit volume. Mo-Nb, Cr-Mo and Nb rich precipitates in the diffusion affected zone of Inconel 625, Mo-Nb and Nb rich precipitates in the bonding zone and Cr-Mo and Nb rich precipitates in the diffusion affected zone of the 316L stainless steel were formed. Comparison of 316L/Cu/IN625 bond simulation results showed that the diffusion of Cu in 316L stainless steel in the simulation results was less than the experimental results, while the Cu diffusion in the Inconl 625 side in the simulation results was higher than the experimental results. The calculation results of the Cu atoms flux to the base metals showed that the diffusion of Cu towards the base metal of Inconel 625 is 30 times the diffusion on the 316L stainless steel side, which causes the shift of the bonding joint to the base metal of 316L stainless steel. In order to evaluate the mechanical properties of the joint, the shear strength of the joints and the microhardness changes in the joint were measured and the failure surfaces were investigated. Maximum shear strength (475MPa) and maximum microhardness (160VHN) were obtained in the bonded sample at 1120˚C for 30 minutes, which was in good agreement with the results of microstructural studies. Potentiodynamic polarization tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 3.5% NaCl solution were performed to evaluate the corrosion resistance of joints. The results of electrochemical tests showed a correlation between the results of microstructural tests and corrosion resistance of the joint. The sample given at 1120℃ for 30 minutes had higher charge transfer resistance and lower corrosion current density than other joints. The reason for the higher corrosion resistance in this sample is the diffusion of Cu towards the base metals and the reduction of the joint area width.
استاد راهنما :
مرتضي شمعانيان، علي اشرفي
استاد داور :
مسعود عطاپور، مسعود مصلائي پور، همام نفاخ موسوي