تاثیردما و زمان اتصال دهی بر ریزساختار سیستم GTD-111/BNi-3/GTD-111 به روش فاز مایع گذرا(TLP)
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینسید عبدالکریم سجادی 1 , جواد اسدی 2 , حمید امیدوار 3
1 - استاد گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه فردوسی مشهد
2 - گروه مهندسی و علم مواد، مهندسی، فردوسی مشهد، مشهد ایران
3 - دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: انجماد همدما, سوپرآلیاژ پایه نیکل, TLP, GTD111,
ملخص المقالة :
در این مقاله تاثیر دما و زمان اتصالدهی بر ریزساختار اتصال فاز مایع گذرای سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. فرایند اتصالدهی در دماهای1080، 1120 و °C1160 در زمانهای مختلف انجام گردید و ریزساختار نواحی مختلف اتصال توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش دمای اتصالدهی از 1080 تا °C1160، زمان انجماد کامل همدما از 195 تا 90 دقیقه کاهش و مقدار انحلال فلز پایه و پهنای درز اتصال افزایش یافته است. همچنین در همه زمانهای نگهداری، ناحیهی اتصال حاوی فازهای ثانویه شامل بوریدهای غنی از نیکل و کروم و سیلیسید نیکل در یک زمینهی g بود. این فازها در قسمتهای مرکزی و مجاور فصلمشترک فلز پایه - اتصال مشاهده شد. مشخص شد که با افزایش زمان اتصالدهی تا انجماد کامل همدما، کسر حجمی ذرات رسوبی ناحیهی اتصال کاهش یافته و اجزای بوریدی ترد بهطور کامل حذف شدهاند. لازم به ذکر است، این فرایند ناشی از وابستگی شدید رفتار سینتیک نفوذی این نوع اتصالات به دما و زمان میباشد. علاوه بر این، مشاهده شد، با افزایش دمای اتصالدهی وسعت ناحیهی اتصال و میزان انحلال فلز پایه افزایش مییابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش زمان نگهداری در هر سه دمای اتصالدهی تا زمان تکمیل انجماد همدمای کامل، ضخامت منطقهی ASZ و کسر حجمی رسوبات در ناحیهی اتصال کاهش و طول ناحیهی DAZ افزایش مییابد. با توجه به اینکه دمای بحرانی در آلیاژ مورد مطالعه °C1180 میباشد، جهت یکنواختی و همگنسازی ریزساختار اتصالات در شرایط مختلف، عملیات حرارتی بعد از اتصالدهی در دمای °C 1200 و زمان 300 دقیقه انجام گردید که در نتیجهی آن، منطقه متاثر از نفوذ حذف و ریزساختار کاملاً همگن و عاری از رسوبات بوریدی سوزنی و بلوکی تشکیل شد.
1- O.A. Idowu, O.A. Ojo and M.C. Chaturvedi, "Microstructural study of transient liquid phase bonded cast Inconel 738LC superalloy", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 37A, pp. 2787, 2006.
2- M. Mosallaee, A. Ekrami, K. Ohsasa and K. Matsuura, "Microstructural Evolution in the Transient-Liquid-Phase Bonding Area of IN-738LC/BNi-3/IN-738LC", Metallurgical and Materials Transaction A, Vol. 39A, pp. 2389-2402, 2008.
3-G. Hoopin, "Activated diffusion bonding", Welding Journal, Vol. 49, pp. 505, 1970.
4-D. Duvall, W. Owezarski and D. Paulonis, "TLP bonding: a new method for joining heat resistant alloys", Welding Journal, Vol. 53, pp. 203-214, 1974.
5- A. Rabinkin and H.H. Liebermann, "Brazing and Soldering with Rapidly Solidified Alloys", Marcell Dekker, pp. 691-736, 1993.
6- R.L. Peaslee, "Diffusion brazing", Welding Journal, Vol. 55, pp. 695-696, 1976.
7- X. Wu, R.S. Chandel and H. Li, "Evaluation of transient liquid phase bonding between nickel-based superalloys", Journal of materials science, Vol. 36, pp. 1539-1546, 2001.
8- W.F. Gale, "Applying TLP bonding to the joining of structural intermetallic compounds", JOM, Vol. 51, pp. 49-52, 1999.
9- W. F. Gale, "Transient liquid phase bonding of intermetallic compounds", In Materials Science Forum, Vol. 426, pp. 1891-1896, 2003.
10- D.S. Duvall, W.A. Owczarski, D.F. Paulonis and W.H. King, "Methods for Diffusion welding the superalloy Udimet 700", Welding Research, Vol. 15, pp. 41–49, 1972.
11- J. Tian, T. Kim, T.J. Lu, H.P. Hodson, D.T. Queheillalt, D.J. Sypeck and H.N.G. Wadley, "The effects of topology upon fluid-flow and heat-transfer within cellular copper structures", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, pp. 3171-3186, 2004.
12- W. Gale and D. Butts, "Transient liquid phase bonding", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 9, pp. 283-300, 2004.
13- Y. Nakao, K. Nishimoto, K. Shinozaki and C. Kang, Quarterly Journal of Japan Welding Society, Vol. 6, pp. 519, 1988.
14- O.A. Idowu, N.L.Richard and M.C. Chaturvedi, "Effect of bonding temperature on isothermal solidification rate during transient liquid phase bonding of Inconel 738LC superalloy", Materials Science and Engineering: A,Vol. 397, pp. 98-112, 2005.
15- J.M. Cheng, "Transient Liquid Phase Bonding in the Nickel Base Superalloy CM 247LC", ph. D. Thesis University of British Columbia, British Columbia, 2005.
16- G.O. Cook, and C.D. Sorensen, "Overview of Transient Liquid Phase and Partial Transient Liquid Phase Bonding", Journal of Materials Science, Vol. 46, pp. 5305–5323, 2011.
17- O.A. Ojo and N.L. Chaturvedi, "On the role of liquated γ′ precipitates in weld heat affected zone microfissuring of a nickel-based superalloy", Materials Science and Engineering: A, Vol. 403, pp. 77-86, 2005.
18- M. Pouranvari, A. Ekrami and A.H. Ekrami, "Microstructure development during transient liquid phase bonding of GTD-111 nickel-based superalloy", Journal of alloys Compounds, Vol. 461, pp. 641–647, 2008.
19- T. Padron, T.I. Khan and M.J. Kabir, "Modelling the transient liquid phase bonding behaviour of a duplex stainless steel using copper interlayers", Materials Science and Engineering: A, Vol. 385, pp. 220–228, 2004.
20- W.D. MacDonald and T.W. Eagar, "Isothermal solidification kinetics of diffusion brazing", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 29, pp. 315–325, 1998.
21- Y. Zhou and T.H. North, "Kinetic modelling of diffusion-controlled, two-phase moving interface problems", Vol. 1, pp. 505, 1993.
22- M. Pouranvari, A. Ekrami and A.H. Kokabi, "TLP bonding of cast IN718 nickel based superalloy : Process – microstructure – strength characteristics", Materials Science and Engineering: A, Vol. 568, pp. 76–82, 2013.
23- A. Schnell, A. Stankowski and E. de Marcos, "A Study of the Diffusion Brazing Process Applied to the Single Crystal Superalloy CMSX-4", ASME Turbo Expo 2006 Power Land, Sea, Air, pp. 949–961, 2006.
24- M. Pouranvari, A. Ekrami and A.H. Kokabi, "Effect of bonding temperature on microstructure development during TLP bonding of a nickel base superalloy", Journal of Alloys and Compounds. Vol. 469, pp. 270–275, 2009.
25- D. Amiri, S. Abdolkarim, R. Bakhtiari and A. Kamyabi-gol, "The role of TLP process variables in improvement of microstructure and mechanical properties in TLP joints of GTD-111/ Ni-Cr-Fe-B-Si /GTD-111 system", Journal of Manufacturing Processes, Vol. 32, pp. 644–655, 2018.
26- M. Pouranvari, A. Ekrami and A.H. Kokabi, "Diffusion induced isothermal solidification during transient liquid phase bonding of cast IN718 superalloy", Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 53, pp. 38–46, 2014.
27- S. Hadibeyk, B. Beidokhti and S.A. Sajjadi, "Effect of bonding time and homogenization heat treatment on the microstructure and mechanical properties of the transient liquid phase bonded dissimilar GTD-111/FSX-414 TLP superalloys", Journal of alloys Compounds, Vol. 731, pp. 929–935, 2018.
28- K. Ohsasa, T. shinmura and T. Narita, "Numerical modeling of the transient liquid phase bonding process of Ni-Cr-B ternary filler metal", Journal of Phase Equilibria, Vol. 20, pp. 199-206, 1999.
29- W.D. MacDonald and T.W. Eagar, "Transient liquid phase bonding processes Annual review of materials science, Vol. 22, pp. 23-46, 1992.
30- M.K. Dinkel, P. Heinz, F. Pyczak, A. Volek, M. Ott, E. Affeldt, A. Vossberg, M. Go¨ken and R.F. Singer, "New boron and silicon free single crystal-diffusion brazing alloys", Proceedings of the international symposium on superalloys, pp. 211-220, 2008.
31- W. Li, T. Jin, X.F. Sun, Y. Guo, H.R. Guan and Z.Q. Hu, "Study of Ni–Cr–Co–W–Mo–B interlayer alloy and its bonding behaviour for a Ni-base single crystal superalloy", Vol. 48, pp. 1283-1288, 2003.
32- M. Pouranvari, A. Ekrami and A. H. Ekrami, "Phase transformations during diffusion brazing of IN718/Ni–Cr–B/IN718", Materials Science and Technology, Vol. 29, pp. 980–984, 2013.
33- W.F. Gale and E.R. Wallach, "Microstructural development in transient liquid-phase bonding", Metallurgical Transactions A, Vol. 22, pp. 2451–2457, 1991.
34- J.D. Liu, T. Jin, N.R. Zhao, Z.H. Wang, X.F. Sun, H.R. Guan and Z.Q. Hu, "Effect of Temperature on Formation of Borides in TLP Joint of a Kind of Nickel-Base Single Crystal Superalloy", Materials Science Forum, Vol. 546, pp. 1245–1248, 2007.
_||_