توصيفگر ها :
اتصال فاز مايع گذرا , آلياژهاي تيتانيوم , ذوب پرتو الكتروني , ذوب گزينشي ليزر , فولاد زنگنزن
چكيده فارسي :
در سال¬هاي اخير بهمنظور استفاده از تركيب خواص متفاوت مواد گوناگون، براي ارتقاي عملكرد و كاهش هزينه¬ها، مبحث اتصال آلياژهاي غيرمشابه مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته است. آلياژهاي تيتانيوم و فولادهاي زنگنزن بهعنوان دو ماده مهم با كاربردهاي گسترده در صنايع مختلف مانند نفت و گاز، خودروسازي و غيره، از نظر خواص فيزيكي، شيميايي و مكانيكي داراي مزاياي گوناگوني مي¬باشند. امروزه، روشهاي ذوب گزينشي ليزر و ذوب پرتو الكتروني، به دليل قابليت توليد قطعات پيچيده با خواص بهتر يا برابر، نسبت به روش¬هاي معمولي، در صنايع ذكر شده مورد استفاده قرار ميگيرند. به دليل محدوديت اندازه براي قطعات توليدي به اين روشها، بررسي اتصال آنها بهمنظور كاربرد بيشتر، در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش اتصال فولاد زنگنزن آستنيتي 316L به آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo توليد شده به روش ساخت افزايشي، با استفاده از فرايند فاز مايع گذرا در دو دماي 980 و 1020 درجه سانتيگراد و زمانهاي 30، 60 و 120 دقيقه، با استفاده از لايه مياني BNi-2 تحت شرايط خلأ 5-10 بار انجام شد. بهمنظور بررسي ريزساختار اتصالات به دست آمده، ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به آناليز EDS مورد استفاده قرار گرفت. همچنين خواص مكانيكي اتصالات، با استفاده از آزمونهاي استحكام برشي و ريزسختي سنجي و بررسي سطوح شكست اتصالات، با استفاده از آناليز پراش پرتو ايكس، مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان ميدهد كه با افزايش دما و زمان، ناحيه انجماد همدما كه شامل فاز غني از تيتانيوم است، افزايش و ناحيه انجماد غير همدما كه حاوي تركيبات بورايد تيتانيوم و نيكل-تيتانيوم است، كاهش يافته است. لازم به ذكر است، نواحي نفوذي در سمت فلزات پايه نيز با افزايش زمان و دما افزايش مييابند كه اين مورد در سمت فولاد زنگنزن، به دليل تشكيل تركيبات M3B2، باعث كاهش خواص مورد نياز، براي اتصال ميگردد. نتايج حاصل از استحكام برشي اتصالات در دماي 980 درجه سانتيگراد، بيانگر افزايش استحكام تا 118 مگاپاسكال با افزايش زمان بوده است كه اين امر به دليل بالاتر رفتن نرخ انجماد همدما ميباشد. با اين وجود در دماي 1020 درجه سانتيگراد، با افزايش زمان اتصال، به دليل كاهش تركيبات بورايد تيتانيوم و افزايش فازهاي M3B2، كاهش استحكام مشاهده شده است. نتايج آزمون ريزسختي سنجي نشان داد كه بيشترين مقدار سختي نمونهها مربوط به ناحيه انجماد غيرهمدما، در مركز اتصال، ميباشد. با توجه به بررسيهاي پراش پرتو ايكس از سطح شكست اتصالات، تشكيل فازهاي ترد NiTi2 در ناحيه انجماد غير همدما و همچنين فازهاي FeTi و بورايدهاي M3B2 در ناحيه نفوذي فولاد زنگنزن باعث شكست اتصالات از اين مناطق ميشود.
چكيده انگليسي :
In recent years, to harness the combined properties of different materials to enhance performance and reduce costs, the topic of joining dissimilar alloys has attracted significant attention from researchers. Titanium alloys and stainless steels, as two important materials with extensive applications in various industries such as oil and gas, automotive manufacturing, etc., offer various advantages regarding physical, chemical, and mechanical properties. Today, selective laser melting (SLM) and electron beam melting (EBM) methods are utilized in these industries due to their ability to produce complex parts with superior or equivalent properties compared to conventional methods. Given the size limitations of parts produced by these methods, studying their joining processes for broader industrial applications has become a focus of attention. In this research, the joining of 316L stainless steel (SS) to Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo titanium alloy, produced by additive manufacturing, was carried out using the transient liquid phase (TLP) bonding process at two temperatures of 980°C and 1020°C and durations of 30, 60, and 120 minutes, employing a BNi-2 interlayer under vacuum conditions of 10⁻⁵ bar. To examine the microstructure of the joints obtained, optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were utilized. Additionally, the mechanical properties of the joints were evaluated using shear strength testing and microhardness testing, and the fracture surfaces of the joints were analyzed using X-ray diffraction (XRD). The results of this study indicate that with increasing temperature and time, the isothermal solidification zone, which contains a titanium-rich phase, expands, while the non-isothermal solidification zone, containing titanium boride and titanium-nickel compounds, decreases. Notably, the diffusion zones on the side of the base metals also increase with rising time and temperature. However, in the case of stainless steel, the formation of M3B2 compounds reduces the desired bonding properties. The shear strength results of the joints at 980°C showed an increase in strength up to 118 MPa with increasing time, attributed to a higher rate of isothermal solidification. However, at 1020°C, with increasing bonding time, strength was decreased due to the reduction of titanium boride compounds and the increase of M3B2 phases. The microhardness test results showed that the highest hardness values were associated with the non-isothermal solidification zone located at the center of the joint. According to the X-ray diffraction investigations of the failure surface of joints, the formation of brittle phases of NiTi2 in the non-isothermal freezing area, as well as phases of FeTi and M3B2 borides in the penetration area of stainless steel, causes the failure of joints from these areas.