توصيفگر ها :
اتصال فاز مايع گذرا , فولاد سوپردوفازي UNS32750 , پوشش نيكل- فسفر , آبكاري الكتريكي , ناحيهي متأثر از نفوذ
چكيده فارسي :
در پژوهش حاضر اتصال مشابه فولاد زنگنزن سوپر دوفازي 32750 UNS به روش فاز مايع گذرا در دماي ثابت 1200 درجهي سانتيگراد در يك كوره تحت خلأ و زمانهاي متغير 2 و 3 ساعت و با استفاده از لايه واسط كامپوزيتي مس- نيكل- فسفر با زمانهاي مختلف پوششدهي نيكل- فسفر بر روي مس، مورد ارزيابي قرار گرفت. لايه واسط مورد استفاده در اين فرآيند فويل مسي به ضخامت 25 ميكرومتر بود كه در سه زمان مختلف 15، 30 و 45 دقيقه، پوشش نيكل- فسفر به روش آبكاري الكتريكي بر روي آن ايجاد گرديد. بررسيهاي ريزساختاري ناحيهي اتصال و نواحي اطراف آن به وسيلهي ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي انجام گرديد. از قابليت آناليز تفكيك انرژي در ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت بررسي غلظت و توزيع عناصر در ناحيهي اتصال و نواحي اطراف آن و شناسايي فازهاي مختلف شكلگرفته استفاده شد. ريزساختار ناحيهي متأثر از نفوذ نمونهي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس خالص در زمان 2 ساعت و نمونههاي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس با 3 ميكرومتر پوشش نيكل- فسفر در زمانهاي 2 و 3 ساعت، به صورت يك زمينهي فريتي و حاوي انواع مختلف آستنيت شامل آستنيت مرزدانهاي، آستنيت آلوتريومورفيك، آستنيت ويدمناشتاتن و آستنيت دروندانهاي بود كه منجر به ايجاد اتصالاتي با استحكام برشي پايين گرديد. افزايش زمان اتصال در نمونهي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس خالص و افزايش زمان پوششدهي نيكل- فسفر در لايه واسط، منجر به حذف انواع آستنيت و تشابه مورفولوژي ناحيهي متأثر از نفوذ با فلز پايه گرديد كه باعث افزايش چشمگير استحكام برشي اتصال شد. در ناحيهي متأثر از نفوذ نمونههاي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس با 10 و 11 ميكرومتر پوشش نيكل- فسفر، ريزساختار اوليهي فولاد حفظ گرديد اما در طي سرد كردن از دماي اتصال، در برخي از اين نمونهها فازهاي غني از موليبدن و فسفر سيگما در كنار جزاير آستنيت ثانويه ايجاد گرديد كه منجر به افزايش سختي اين ناحيه شد. همچنين در ناحيهي اتصال نمونهي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس با 10ميكرومتر پوشش نيكل- فسفر در زمان 2 ساعت، يك ناحيهي انجماد همدما و يك ناحيهي انجماد غيرهمدما تشكيل شدكه ناحيهي انجماد غيرهمدما شامل دو فاز مختلف محلول جامد آستنيتي و فاز فسفيدي غني از كروم و موليبدن در خط مركزي اتصال بود. تشكيل اين فاز فسفيدي در خط مركزي اتصال منجر به افزايش شديد سختي در اين ناحيه شد. همچنين در شكست نگاري مشخص گرديد كه اين فاز فسفيدي در طي اعمال نيروي برشي شكسته يا كنده شده و منجر به ايجاد حفره در سطح شكست و افت استحكام برشي نمونه گرديد. با افزايش زمان اتصال به 3 ساعت و يا زمان پوششدهي نيكل- فسفر به 45 دقيقه، ناحيهي انجماد غيرهمدما حذف گرديد و منجر به افزايش استحكام برشي شد. نمونهي متصلشده با استفاده از لايه واسط مس با 11 ميكرومتر پوشش نيكل- فسفر در زمان 2 ساعت، بالاترين استحكام برشي در ميان تمام نمونههاي متصلشده با استفاده از لايه واسط كامپوزيتي مس- نيكل- فسفر را داشت. افزايش زمان اتصال در اين نمونه از 2 به 3 ساعت، منجر به نفوذ مجدد فسفر از فلز پايه به ناحيهي اتصال و ذوب شدن ناحيهي اتصال شد كه تكرار كل فرآيند اتصال فاز مايع گذرا را رقم زد و به علت زمان ناكافي براي تكميل مجدد انجماد همدما، ناحيهي اتصال اين نمونه از دو جز ناحيهي انجماد همدما و ناحيهي انجماد غيرهمدما تشكيل شده و لذا استحكام برشي آن افت كرد. نتايج آناليز پراش پرتوي ايكس، حضور فازهاي غني از كروم، موليبدن و فسفر در ناحيهي انجماد غيرهمدما و تركيب شيميايي متفاوت آستنيتهاي ايجادشده در ناحيهي اتصال نمونههاي مختلف را نشان داد. در شكست نگاري نمونهها اثري از صفحات كليواژ و الگوي رودخانه اي مشاهده نشد كه نشان از ترد نبودن رفتار شكست نمونهها است و در نمونههاي با بالاترين استحكام حفراتي در سطح شكست مشاهده شد كه نشاندهندهي رفتار شكست نرم در اين نمونهها است.
چكيده انگليسي :
In the present study, similar bonding of UNS32750 super duplex stainless steel was evaluated by the transient liquid phase method at a constant temperature of 1200 °C in a vacuum furnace and variable times of 2 and 3 hours and using a copper-nickel-phosphorus composite interlayer with different times of nickel - phosphorus coating on copper. The microstructural investigations of the bonding zone were carried out by means of an optical microscope and a scanning electron microscope. The microstructure of the diffusion affected zone of the sample joined by pure copper interlayer in 2 hours bonding time and the samples joined by copper interlayer with 3 μm of nickel-phosphorus coat in 2 and 3 hours bonding time, was in the form of a ferrite matrix and containing different types austenite included grain boundary austenite, allotriomorphic austenite, Wiedmannstatten austenite and intragranular austenite, which led to the creation of joint with low shear strength. Increasing the bonding time in the joined sample by the pure copper interlayer and increasing the nickel-phosphorus coating time in the interlayer led to the removal of austenite types and the similarity of the morphology of the diffusion affected zone with the base metal, which caused a significant increase in the shear strength of the joint. In the diffusion affected zone of the samples joined by the copper interlayer with 10 and 11 μm of nickel-phosphorus coat, the initial microstructure of the steel was preserved, but during cooling from the bonding temperature, in some of these samples molybdenum and phosphorus rich sigma phases with secondary austenite island was formed, which led to increase the hardness of this zone. Also, in the bonding zone of the sample joined by copper interlayer with 10 μm of nickel-phosphorus coat in 2 hours bonding time, an isothermal solidificatin zone and a non-isothermal solidification zone were formed, which non-isothermal solidification zone includes two different phases of austenitic solid solution and a phosphide phase rich in chromium and molybdenum were in the center line of the joint. The formation of this phosphide phase in the central line of the joint led to a significant increase in hardness in this zone. Also, it was found in fractography analysis that this phosphide phase was broken or torn off during the application of shearing force and led to the creation of holes on the fracture surface and decrease of shear strength of the sample. By increasing the bonding time to 3 hours or the nickel-phosphorus coating time to 45 minutes, the non-isothermal solidification zone was removed and led to an increase in shear strength. The sample joined by the copper interlayer with 11 μm of nickel-phosphorus coat in 2 hours bonding time had the highest shear strength among all the samples joined by the copper-nickel-phosphorus composite interlayer. Increasing the bonding time in this sample from 2 to 3 hours led to the diffussion of phosphorus from the base metal into the bonding zone and remelting of the bonding zone, which led to repeat TLP bonding process and due to insufficient time to complete the isothermal solidification, the bonding zone of this sample consists of two components, the isothermal solidification zone and the non-isothermal solidification zone, and therefore its shear strength decreased. The results of X-ray diffraction analysis showed the presence of phases rich in chromium, molybdenum and phosphorus in the non-isothermal solidification zone and the different chemical composition of austenites created in the bonding zone of different samples. In the fractography analysis of the samples, no trace of cleavage planes and river patterns were observed, which indicates that the fracture behavior of the samples is not brittle, and in the samples with the highest strength, holes were observed on the fracture surface, which indicates the ductile fracture behavior of these samples.