چكيده فارسي :
روش تف¬جوشي پلاسماي جرقه¬اي يا جوشكاري پلاسماي جرقه¬اي يك روش نوين براي اتصال مواد غيرمشابه به يك¬ديگر مي¬باشد. توسط اين روش مي¬توان فرايندهايي همچون ميزان نفوذ اتمي، تبديل فاز و اصلاح مرزدانه را كنترل نمود و از آن براي ساخت بسياري از قطعات استفاده كرد. تيتانيوم و آلياژهاي آن به دليل مقاومت عالي در برابر خوردگي، مواد مناسبي براي حلال¬هاي الكتروليتي در كارخانه¬هاي بازفرآوري سوخت راكتور هستند. فولاد زنگ¬نزن آستنيتي 316 به دليل استحكام بالا، جوش¬پذيري، شكل¬پذيري و مقاومت در برابر خوردگي به طور گسترده براي كاربردهاي مختلفي مانند پتروشيمي، هوا¬فضا و انرژي هسته¬اي استفاده مي¬شود. در نيروگاه¬هاي هسته¬اي اتصال فولاد زنگ¬نزن آستنيتي 316 به آلياژهاي تيتانيوم در محل مورد نياز است. با اين حال جوشكاري ذوبي مستقيم فولاد زنگ¬نزن به تيتانيوم تقريبا غيرممكن است. زيرا تشكيل تركيبات بين¬فلزي شكننده اجتناب¬ناپذير بين آهن- تيتانيوم و در نتيجه مشكل جدي ترك خوردگي و كاهش استحكام كششي و استحكام خمشي را به همراه دارد. با در نظر گرفتن همه موارد، بهترين راه براي تحقق اين اتصال استفاده از جوش حالت جامد مي¬باشد. براي اين منظور، بسياري از روشهاي جوشكاري حالت جامد مانند پيوند نفوذي، جوشكاري اصطكاكي و جوشكاري انفجاري در گذشته آزمايش شدهاند، اما موفقيت چنداني نداشتهاند. بنابراين هدف از اين پژوهش، بررسي ساختار ميكروسكوپي و خواص مكانيكي اتصال فولاد زنگ¬نزن آستنيتي 316 به آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V به روش تف¬جوشي پلاسماي جرقه¬اي مي¬باشد. اين اتصال در دماهاي 600، 650، 700، 750، 800 و 850 درجه سانتي¬گراد، فشار 30 مگاپاسكال و زمان نگهداري 5 دقيقه صورت گرفت. ريزساختار اتصالات تف¬جوشي شده توسط ميكروسكوپ نوري بررسي و ميزان حفره براي فولاد زنگ¬نزن آستنيتي 316 و همچنين آلياژ Ti-6Al-4V محاسبه و سپس با استفاده از محلول¬هاي آشكارساز، دانه¬بندي و ريزساختار دو آلياژ بررسي شد. براي ارزيابي فازها و لايه¬هاي تشكيل شده در مرز اتصال، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده و ضخامت لايه¬هاي تشكيل شده گزارش گرديد. در دماي 850 درجه سانتي¬گراد تركيب بين¬فلزي Fe-Ti به صورت پيوسته تشكيل گرديد.ميزان ريزسختي در مرز اتصال در دماهاي ذكر شده مورد بررسي قرار گرفت. خواص كششي و خمشي اتصال در دماهاي 700، 750 و 800 درجه سانتي¬گراد بررسي گرديد و حداكثر استحكام كششي اتصال در دماي 800 درجه سانتي¬گراد ،2/36 مگاپاسكال و استحكام خمشي 792 مگاپاسكال گزارش شد. همچنين سطح شكست نمونه¬ها مورد تحليل قرار گرفت.
چكيده انگليسي :
Spark Plasma Sintering (SPS) and Spark Plasma Welding (SPW) represent innovative techniques for joining dissimilar materials. These methods allow for the controlled manipulation of processes such as atomic diffusion, phase transformation, and grain boundary modification to create various components. Titanium and its alloys are ideal candidates for electrolytic solvents in reactor fuel reprocessing plants due to their outstanding corrosion resistance. Similarly, austenitic stainless steel 316 is widely utilized in sectors such as petrochemical, aerospace, and nuclear energy, thanks to its high strength, weldability, ductility, and corrosion resistance. In nuclear power plants, on-site joining of austenitic stainless steel 316 and titanium alloys is often necessary. However, direct fusion welding between stainless steel and titanium poses significant challenges due to the unavoidable formation of brittle intermetallic compounds between iron and titanium, which can cause cracking and weaken the tensile and bending strength of the joint. Therefore, solid-state welding presents the most viable solution for this type of joint. Various solid-state welding techniques, including diffusion bonding, friction welding, and explosion welding, have been explored previously, but with limited success. This research aims to examine the microstructure and mechanical properties of the joint formed between austenitic stainless steel 316 and the Ti-6Al-4V titanium alloy using the spark plasma sintering method. Joints were created at temperatures of 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, and 850℃, applying a pressure of 30 MPa and maintaining a hold time of 5 minutes. The microstructure of the welded joints was analyzed using an optical microscope, and void content was quantified for both austenitic stainless steel 316 and the Ti-6Al-4V alloy. Additionally, the grain size and microstructure of both alloys were investigated using etching techniques. Scanning electron microscopy was employed to evaluate the phases and layers formed at the bond interface, and the thickness of these layers was measured. At 850 degrees Celsius, a continuous formation of the Fe-Ti intermetallic compound was observed. The tensile and bending properties of the joint were assessed at 700, 750, and 800 degrees Celsius, revealing a maximum tensile strength of 36.2 MPa and a bending strength of 792 MPa at 800℃. The fracture surfaces of the samples were also analyzed.