مشخصه‌يابي اتصال فولاد زنگ‌نزن 316 كم‌كربن به سوپر آلياژ اينكونل 718 به روش جوشكاري پلاسماي جرقه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

چكيده اتصال فولاد زنگ‌نزن 316 كم‌كربن به سوپرآلياژ اينكونل 718 در ساخت قطعات تحت دماي‌بالا و محيط‌هاي خورنده مانند توربين‌هاي گازي، صنايع هوافضا، انرژي و پتروشيمي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. اما تفاوت ايندو آلياژ در تركيب شيميايي، ضريب انبساط حرارتي سبب شده اتصال را به روش هاي جوشكاري‌هاي ذوبي همانند جوش قوسي تنگستني تقريبا غيرممكن سازد. فرايند جوشكاري پلاسماي جرقه‌اي(SPW) يكي از نوين‌ترين روش‌هاي جوش حالت‌جامد براي اتصال مواد ناهمجنس است كه با تخليه الكتريكي پالسي و فشار هم‌زمان، پيوستي يكنواخت بدون منطقه مذاب كامل ايجاد مي‌كند. اين روش با كنترل نفوذ اتمي، تبديل فاز و اصلاح مرزدانه، از تشكيل فازهاي بين‌فلزي ترد و ترك‌هاي حرارتي جلوگيري كرده و امكان اتصال موفق فولاد زنگ‌نزن 316 كم‌كربن به سوپرآلياژ اينكونل 718 را فراهم مي‌سازد. هدف اين پژوهش، بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي اين اتصال به روش جوشكاري پلاسماي جرقه‌اي است. جهت بررسي اين اتصال در دماي بين 800 الي 1000 درجه‌ سانتي‌گراد، فشار بين 40 الي 60 مگاپاسكال و زمان بين 5 الي 10 دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. ريزساختار اتصال بدست آمده توسط ميكروسكوپ نوري بررسي‌شده و دانه‌بندي و ريزساختار مورد ارزيابي قرار گرفت. به‌منظور بررسي دقيق فازها و لايه‌هاي بين‌فلزي تشكيل‌شده در فصل مشترك اتصال، از آزمون پراش پرتو ايكس جهت شناسايي تركيب فازي و از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به آناليز عنصري (SEM/EDS) براي تعيين مورفولوژي و ضخامت لايه‌ها استفاده شد. همچنين براي بررسي خواص مكانيكي، آزمون استحكام كششي، استحكام خمشي و ريزسختي انجام شد. سطح شكست با ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. در بررسي‌هاي ميكروسكوپي، فصل مشترك اتصال نسبت به كناره‌هاي مرز ساختاري يكنواخت‌تر و همگن‌تر نشان داد و از نظر وجود ناپيوستگي‌ها و حفرات، تراكمي بسيار ناچيز داشت. اين يكنواختي بيانگر توزيع دما و جريان عبوري نسبتاً پايدار در فصل مشترك بوده كه مانع تمركزتنش و تشكيل عيوب موضعي شده است. در دماي 900 درجه سانتي‌گراد، فشار 60 مگاپاسكال و زمان 5 دقيقه‌اي، كمترين ميزان حفرات در ريزساختار مشاهده شد. افزايش دما تا 900 درجه سانتي‌گراد باعث كاهش محسوس اختلاف دما بين دوطرف فصل مشترك و يكنواخت‌تر شدن ميدان حرارتي شد؛ در نتيجه نرخ نفوذ و توزيع عناصر بهبود يافته و تشكيل حفرات انقباضي تا حد قابل توجهي كاهش يافت. در دماي 900 درجه سانتي‌گراد، منطقه غني از كروم در سمت فولاد تشكيل شد، كه باعث افزايش ميزان ريزسختي شد. در دماي 850 و 900 درجه سانتي‌گراد تركيب بين فلزي پيوسته از Fe-Ni در فصل مشترك اتصال تشكيل شد. ميزان حفرات و ناپيوستگي‌ها در فصل مشترك اتصال با افزايش دما از 800 درجه سانتي‌گراد به 900 درجه سانتي‌گراد كاهش پيداكرد. در دماي 850 درجه سانتي‌گراد، كمترين ميزان ريزسختي حدود 328 ويكرز و در دماي 900 درجه سانتي‌گراد بيشترين ميزان ريزسختي حدود 426 ويكرز بدست آمد. بيشترين استحكام كششي در دماي 900 درجه سانتي‌گراد، فشار 60 مگاپاسكال و زمان 5 دقيقه بود كه حدود 960 مگاپاسكال با ازدياد طول 13 درصد بدست آمد. بيشترين استحكام خمشي نيز در اين نمونه بود كه حدود 19 مگاپاسكال گزارش شد. كلمات كليدي: جوشكاري پلاسماي جرقه‌اي، اينكونل 718، فولاد زنگ‌نزن 316 كم كربن، خواص مكانيكي، ريزساختار، اتصال ناهمجنس

236203

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان