توصيفگر ها :
فرآيند اتصال فاز مايع گذرا , انجماد همدما , اينكونل 718 , فولاد زنگ نزن 2205
چكيده فارسي :
اتصال آلياژ اينكونل 718 و فولاد زنگ نزن دوفازي 2205 به دليل استحكام بالا و مقاومت در برابر خوردگي در صنايع نفت، هوافضا و نيروگاه¬هاي هسته¬اي استفاده مي¬شود. در اين پژوهش اتصال سوپر آلياژ اينكونل 718 و فولاد زنگ نزن دوفازي 2205 به روش فاز مايع گذرا (TLP ) مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت. با استفاده از اين روش مي‌توان اتصالاتي با خواص و ريزساختارهاي مشابه فلز پايه بدست آورد. بدين منظور ابتدا از فلزات پايه نمونه¬هايي با ابعاد mm 5 ×10×30 تهيه و سطوح نمونه¬ها جهت حذف لايه¬هاي اكسيدي سنباده¬زني و با استون چربي¬زدايي شد. ميان¬لايه مس خالص با ضخامت 25 ميكرون بين نمونه¬¬ها قرار داده شد و مجموعه حاصل بين نگهدارنده مستقر شد. نمونه¬¬ها درون كوره خلا جهت جلوگيري از اكسيداسيون در دماي 1100 درجه به مدت 15، 30 و 60 دقيقه اتصال داده شدند. سپس نمونه¬ها براي بررسي ريز¬ساختاري متالوگرافي شدند و براي بررسي تركيب شيميايي و فازهاي تشكيل شده ناحيه اتصال از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به آناليز تفكيك انرژي استفاده شد. همچنين براي بررسي خواص مكانيكي اتصالات از آزمون استحكام برشي و ريز¬سختي سنجي استفاده شد. در ناحيه اتصال، تمركز غلظتي عناصر مختلف و تغييرات ريزساختاري مشاهده شد. ريزساختار ناحيه اتصال شامل مناطق انجماد همدما، انجماد غير¬همدما و ناحيه متاثر از نفوذ بود. در زمان اتصال 15 دقيقه به¬دليل عدم زمان كافي براي نفوذ عناصر آلياژي در ميان¬لايه مس مذاب منطقه انجماد غيرهمدما شامل محلول جامد مس-نيكل تشكيل شد. با افزايش زمان اتصال تا 60 دقيقه انجماد همدما شامل محلول جامد Cr-Fe-Ni (γ) تكميل شد. در ناحيه متاثر از نفوذ اينكونل 718 كاربيدهاي غني از نيوبيوم به دليل عدم حلاليت Nb با مس بوجود آمد. همچنين در فصل مشترك فولاد 2205 تشكيل كاربيد و رسوبات ثانويه غني از Ti، Nb، Mo وCr مشاهده شد. با افزايش زمان به دليل تشكيل محلول جامد γ سختي ناحيه اتصال از حدود 100 به 300 ويكرز افزايش يافت و پروفيل سختي يكنواخت¬تر شد. افزايش سختي در ناحيه متاثر از نفوذ اينكونل 718 به¬دليل تشكيل كاربيد Nb و در سمت فولاد دوفازي مي¬تواند به دليل تشكيل رسوبات غني از كروم و فاز سيگما باشد. كمترين مقدار استحكام برشي 223 مگاپاسكال مربوط به اتصال در زمان 15 دقيقه و بيشترين مقدار استحكام برشي براي نمونه اتصال داده شده در زمان 60 دقيقه مقدار 270 مگاپاسكال )حدود 56 % استحكام فولاد دوفازي و 38 % اينكونل 718 ( بدست آمد. با وجود تكميل انجماد همدما، به¬دليل تشكيل تركيبات بين¬فلزي و كاربيدها استحكام برشي نمونه¬ها افزايش چنداني نداشت. همچنين نتايج پراش اشعه ايكس از سطوح شكست نشان دهنده¬ي محلول جامد Ni-Cu و γ در هر دو سمت شكست فولاد 2205 و اينكونل 718 بود. كاربيد¬ها و رسوبات تشكيل شده به¬دليل خاصيت ترد و شكنندگي باعث شكست در نمونه¬ها شد.
كلمات كليدي:
فرايند اتصال فاز مايع گذرا، انجماد همدما، اينكونل 718، فولاد زنگ نزن 2205.
چكيده انگليسي :
The connection of Inconel 718 alloy and duplex stainless steel 2205 is used in petroleum, aerospace and nuclear power plants due to its high strength and corrosion resistance. In this research, the joining of Inconel 718 superalloy and duplex stainless steel 2205 was investigated and studied by the transient liquid phase (TLP) method. Using this method, joints with properties and microstructures similar to the base metal can be obtained. For this purpose, samples with dimensions of 5 x 10 x 30 mm were prepared from the base metals and the surfaces of the samples were sanded to remove the oxide layers and degreased with acetone. A pure copper interlayer with a thickness of 25 microns was placed between the samples and the resulting assembly was placed between the holders. The samples were connected in a vacuum furnace at 1100 degrees for 15, 30 and 60 minutes to prevent oxidation. Then, the samples were subjected to metallography to check the microstructure, and a scanning electron microscope equipped with energy dissociation analysis was used to check the chemical composition and the formed phases of the connection area. Also, shear strength test and micro-hardness test were used to check the mechanical properties of joints. In the connection area, concentration of various elements and microstructural changes were observed. The microstructure of the joint area included isothermal solidification, non-isothermal solidification and penetration-affected areas. During the connection time of 15 minutes, due to insufficient time for alloy elements to penetrate into the interlayer of molten copper, a non-thermal freezing zone including copper-nickel solid solution was formed. By increasing the connection time to 60 minutes, isothermal solidification including Cr-Fe-Ni (γ) solid solution was completed. Niobium-rich carbides were formed in the area affected by Inconel 718 penetration due to the insolubility of Nb with copper. Carbide formation and secondary deposits rich in Ti, Nb, Mo and Cr were also observed in the interface of 2205 steel. With the increase of time due to the formation of solid solution γ, the hardness of the connection area increased from about 100 to 300 Vickers and the hardness profile became more uniform. The increase in hardness in the area affected by the penetration of Inconel 718 is due to the formation of Nb carbide, and on the side of dual-phase steel, it can be due to the formation of deposits rich in chromium and sigma phase. The lowest value of the shear strength of 223 MPa related to the connection in 15 minutes and the highest value of the shear strength for the sample connected in the time of 60 minutes was 270 MPa (about 56% of the strength of duplex steel and 38% of Inconel 718). Despite the completion of solidification At the same temperature, due to the formation of intermetallic compounds and carbides, the shear strength of the samples did not increase much. Also, the X-ray diffraction results of the fracture surfaces show Ni-Cu solid solution and γ on both fracture sides of 2205 steel and Inconel 718. The formed carbides and sediments caused the failure of the samples due to their brittleness and brittleness.
Keywords: Transient liquid phase bonding process, isothermal solidification, Inconel 718, duplex stainless steel 2205.
