بررسی اثر میان لایه تیتانیومی بر خواص مکانیکی و ساختاری اتصال نفوذی فولاد- تنگستن

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

فرزاد صمدی ¹ (موسسه آموزش عالی دانش پژوهان، گروه مهندسی مواد، اصفهان، ایران)
سید زهرا انوری ² (استادیار، گروه مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران)
محمد خدائی ³ (استادیار، مرکز تحقیقات مهندسی پیشرفته، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهر مجلسی، اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1395/08/20 تاریخ پذیرش : 1396/12/10 تاریخ انتشار : 1396/12/01

کلید واژه: فولاد, تنگستن, میان لایه تیتانیوم, جوشکاری نفوذی, ترکیبات بین‌فلزی,

چکیده مقاله :

در این بررسی اتصال نفوذی فولاد- تنگستن با استفاده از لایه میانی تیتانیومی خالص انجام شد. نمونه­ها در فیکسچر مناسب تحت فشار MPa 5 درون کوره با اتمسفر آرگون در دما­ها و زمان­های مختلف قرار گرفتند. تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نمونه­ها نشان­دهنده تشکیل ناحیه نفوذی قابل تشخیص در فصل مشترک تنگستن- تیتانیوم و نفوذ بسیار کم تیتانیوم در فولاد است. همچنین با افزایش زمان و دمای فرایند، طول ناحیه نفوذی افزایش یافته است. نتایج آزمون طیف­سنجی تفکیک انرژی پرتو­ی ایکس (EDS) نیز نفوذ تیتانیوم در تنگستن و نفوذ بسیار ناچیز تیتانیوم در فولاد را تایید کرد. نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس نمونه­ها بیان­گر حضور فاز­های Ti-α، Ti-β و ترکیبات بین فلزی FeTi و Fe₂Ti در نمونه­ها است. نتایج حاصل از ریز­سختی­سنجی نمونه­ها نشان می­دهد که بیش­ترین سختی مربوط به نمونه 1000T1Hو در فصل ­مشترک تیتانیوم- فولاد بوده که علت آن حضور ترکیبات بین­فلزی (FeTi و Fe₂Ti) است. با توجه به نتایج آزمون استحکام برشی، نمونه 950T1H دارای بیش­ترین استحکام برشی بوده و با افزایش زمان و دمای اتصال، این میزان به دلیل افزایش ترکیبات بین­فلزی کاهش یافته است. با توجه به نتایج به­دست آمده از آزمون­ها، دمای 900 و زمان 1 ساعت دما و زمان بهینه برای جوشکاری نفوذی فولاد- تنگستن است.

چکیده انگلیسی:

In this study the diffusion bonding of steel– tungsten using a pure titanium interlayer was investigated. Samples were heated in a special fixture under 5 MPa pressure and at the different times and temperatures in the argon furnace. The images of optical and scanning electron microscopes indicated that a detectable diffused region was formed at the Ti- W, while no detectable diffused region was formed at the Steel- Ti interface. Also with increasing the time and or temperature of the process, the thickness of diffused region was increased. Results of the energy dispersive x- ray spectroscopy (EDX) approved the diffusion of Ti and W and little diffusion of steel and Ti. The results of x- ray diffraction (XRD) approved the presence of FeTi and Fe₂Ti phases at the welded region. The results of microhardness indicated that the maximum hardness is related to the 1000T1H sample and spatially in its steel- Ti interface. This maximum hardness was due to the presence of intermetallic compounds (FeTi and Fe₂Ti). Regarding to the results of shear test, 950T1H had the maximum shear strength and with increasing the time and temperature of welding, the strength was decreased due to the more intermetallic formation. Regarding all the results, temperature of 900 C and time of 1 hr, were found the optimum time and temperature for steel- tungsten diffusion bonding.

منابع و مأخذ:

1- S.Kundu, M. Ghosh, S. Chatterjee, "Diffusion bonding of commercially pure titanium and 17-4 precipitation hardening stainless steel", Materials Science and Engineering A,Vol. 428, pp. 18–23, 2006.
 

2- W.S.Liu, Q.S. Cai, Y.Z. Ma, Y.Y. Wang, H.Y. Liu, D.X. Li, "Microstructure and mechanical properties of diffusion bonded W / steel joint using V / Ni composite interlayer", Materials Characterization,Vol. 86, pp. 212-220, 2013.

3- W.W.Basuki, J. Aktaa, "Investigation of tungsten / EUROFER97 diffusion bonding using Nb interlayer", Fusion Engineering and Design, Vol. 86, pp. 2585–2588, 2011.

4- Z.Zhong, T. Hinoki, A. Kohyama,

"Effect of holding time on the microstructure and strength of tungsten / ferritic steel joints diffusion bonded with a nickel interlayer", Materials Science and Engineering A, Vol. 518, pp. 167–173, 2009.

5- H.Sabetghadam, A.Z. Hanzaki, A. Araee, "Diffusion bonding of 410 stainless steel to copper using a nickel interlayer Shear strength", Materials Characterization, Vol. 61, pp. 626–634, 2010.

 

6- Z.Yang, Y. Shen, Z. Wang, J. Cheng "Tungsten / steel diffusion bonding using Cu / W − Ni / Ni multi-interlayer",Nonferrous Met. Soc. China, Vol. 24, pp. 2554–2558, 2014.

7- رزاقیان. ا.، خواص فیزیکی مواد، انتشارات دانشگاه بین المللی امام خمینی، 1390.

8- سبکتین ریزی. م.، رضوی. س.غ.، مناجاتی زاده. ح.، اتصال نوردی تیتانیوم به فولاد با استفاده از لایه میانی نیکل، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 2، زمستان 1391.

9- E.Atasoy, N. Kahraman, "Diffusion bonding of commercially pure titanium to low carbon steel using a silver interlayer",Materials characterization,Vol. 59(10), pp. 1481-1490, 2008.

10- V. Kerlins, Modes of Fracture, Fractography, ASM Hand book, Vol. 12, 1991.

11- W.W.Basuki, J.Aktaa, "Process optimization for diffusion bonding of tungsten with EUROFER97 using a vanadium interlayer", Journal of Nuclear Materials, Vol. 459, pp. 217-224, 2015.

12- Z.Zhong, H.cheaJung, T.Hinokib, A.Kohyama,”Effect of joining temperature on the microstructure and strength of tungsten/ferritic steel joints diffusion bonded with a nickel interlayer”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, pp. 1805-1810, 2010.