توصيفگر ها :
فاز مايع گذرا , فولاد زنگنزن آستنيتي L316 , آلياژ Ti-6Al-4V , فرايند ساخت افزايشي , لايه مياني مس , خواص مكانيكي , خواص خوردگي
چكيده فارسي :
امروزه اتصال فولادهاي زنگنزن و آلياژهاي تيتانيوم در صنايع مختلفي از جمله هوافضا، پزشكي و كارخانه هاي شيميايي كاربرد پيدا كرده است.
همچنين روش ساخت افزايشي براي توليد نمونههاي فلزي توسعه يافته است. به دليل محدوديت فرايندهاي ساخت افزايشي جهت توليد سازههاي
بزرگ، اتصال اين مواد به يكديگر از اهميت ويژ هاي برخوردار است. در اين پژوهش اتصال فولاد زنگنزن آستنيتي L316 توليد شده به روش
ذوب گزينشي ليزر و آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V توليد شده به روش ذوب پرتو الكتروني با روش فاز مايع گذرا انجام شده است. جهت انجام
اتصال از مس به عنوان ميان لايه استفاده شد. اتصال فاز مايع گذرا درون كوره خلاء و در دماهاي 890 ، 930 و °C970 و در زمان ثابت 60 دقيقه
انجام شد. پس از انجام اتصال جهت بررسيهاي ريزساختاري، نمونهها از وسط برش داده شدند و تحت عمليات متالوگرافي قرار گرفتند. سپس
از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني مجهز به سيستم EDS جهت بررسي فازهاي تشكيل شده در منطقه اتصال استفاده شد. براي
تعيين خواص مكانيكي اتصالات انجام شده آزمونهاي استحكام برشي و ريزسختي سنجي انجام شد. سپس نمونهها تحت آزمونهاي خوردگي
امپدانس الكتروشيميايي، پلاريزاسيون پتانسيو ديناميك و غوطهوري در محلول شبيهساز بدن، PBS با 3 pH= قرار گرفتند. نتايج حاصل از اين
پژوهش نشان ميدهد كه با افزايش دماي اتصالدهي تا °C970 ، منطقه انجماد ه مدما افزايش مييابد و منجر ب ه حذف تركيبات بينفلزي Ti-Cu
در مركز اتصال ميشود. اما با افزايش دماي اتصالدهي، نفوذ عناصر تيتانيوم و آهن به سمت يكديگر افزايش يافته كه منجر به شكلگيري تركيبات
سخت و ترد Ti-Fe ميشود. در نتيجه سختي منطقه اتصال افزايش و استحكام برشي آن از MPa 301 در °C890 به MPa 174 در °C970
كاهش مييابد. همچنين در دماهاي پايينتر اتصالدهي، مركز اتصال غني از مس است كه سختي كمتري دارد، اما با افزايش دما و نفوذ مس به
طرف فلزات پايه و با نفوذ عناصر آهن و تيتانيوم به طرف مركز اتصال، مقدار سختي در دماي °C970 افزايش مييابد. نتايج حاصل از آزمونهاي
خوردگي نشان داد كه فلزات پايه Ti-6Al-4V و L316 سطح تماس بزرگتري در محلول الكتروليت، نسبت به ميان لايه مس دارند. در نتيجه
جريان خوردگي بزرگتري در سطح كوچكتر كه همان ميان لايه مس است، ايجاد شده و باعث نرخ خوردگي بالا در منطقه اتصال ميشود. با
افزايش دماي اتصالدهي تا °C970 ، به دليل حذف تركيبات بينفلزي و فازهاي ثانويه در مركز اتصال و همچنين يكنواخت شدن منطقه اتصال در
اثر شك لگيري ناحيه انجماد ه مدما، ميكرو آند و كاتدهاي تشكيل شده در اثر خوردگي گالوانيكي كاهش يافته و باعث افزايش مقاومت به
خوردگي منطقه اتصال ميشود. در نهايت نتيجهگيري شد كه نمونه اتصال داده شده در °C890 داراي بالاترين استحكام برشي و نمونه اتصال
داده شده در °C970 داراي بالاترين مقاومت در برابر خوردگي است.
چكيده انگليسي :
Today, the connection of stainless steel and titanium alloys has been used in various industries such as aerospace, medicine and chemical factories. Also, the additive manufacturing method has been developed for the production of metal samples. Due to the limitation of additive manufacturing for the production of large structures, connecting these materials is important. In this research, the joining of 316L austenite stainless steel produced by selective laser melting (SLM) and Ti-6Al-4V alloy produced by electron beam melting (EBM) was done by the transient liquid phase (TLP) method. Copper was used as an interlayer to connect. TLP bonding was done in a vacuum furnace at temperatures of 890, 930 and 970 °C at a constant time of 60 minutes. After the connection, The samples were cut into two halves and subjected to metallography for microstructural investigations. Then, an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) with an equipped Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) system were used to examine the phases formed in the joint area. To determine the mechanical properties of the joints, shear strength and microhardness tests were performed. Then, the samples were subjected to electrochemical impedance corrosion tests, dynamic potential polarization tests and immersion tests in the body simulating solution, PBS with pH=3. The results of this research show that by increasing the joining temperature up to 970 °C, the isothermal solidification zone increases and leads to the elimination of Ti-Cu intermetallic compounds in the joining center. But with the increase in joining temperature, the penetration of titanium and iron elements towards each other has increased, which leads to the formation of hard and brittle Ti-Fe compounds. As a result, the hardness of the joint area increases and its shear strength decreases from 301 MPa at 890 °C to 174 MPa at 970 °C. Also, at lower joining temperatures, the joining center is rich in copper, which has a lower hardness, but with the increase in temperature and penetration of copper towards the base metals and with the penetration of iron and titanium elements towards the joining center, the hardness value increases at 970 °C. The results of the corrosion test showed that the base metals Ti-6Al-4V and 316L have a larger contact surface in the electrolyte solution compared to the copper interlayer. As a result, a larger corrosion current is created in a smaller surface (interlayer), causing a high corrosion rate in the joint area. On the other hand, by increasing the joining temperature up to 970 °C, due to the removal of intermetallic compounds and secondary phases and the uniformity of the joining area due to the formation of the isothermal solidification area, the micro-anode and cathodes formed due to galvanic corrosion decreased and increased the corrosion resistance of the area. Finally, it was concluded that the sample bonded at 890 °C has the highest shear strength and the sample bonded at 970 °C has the highest corrosion resistance.
