بررسی فرایند اتصال TLP برای فولاد دوفازی فریتی- مارتنزیتی - دانلود فایل
دانلود فایل بررسی فرایند اتصال TLP برای فولاد دوفازی فریتی مارتنزیتی
دانلود فایل بررسی فرایند اتصال TLP برای فولاد دوفازی فریتی- مارتنزیتی فایل word تعداد صفحات 97
چکیده
فرایند اتصال فاز مایع گذرا (TLP) می تواند در تولید اتصالاتی با خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب و نزدیک به فلز پایه بدون نیاز به اعمال فشار بالا حین اتصال، به کار برده شود.
فولاد 4140، که به صورت کوئنچ به کار می روند، دارای استحکام بالا و سختی و نیز چقرمگی بالایی هستند و بنابراین، دارای نسبت استحکام به وزن بالایی می باشند و در صنایع هوایی کاربرد دارند. استفاده از آنها در این صنایع، لزوم اتصال آنها را سبب می شود. در این تحقیق اتصال فولاد 4140، با ساختار دوفازی فریت- مارتنزیت با استفاده از روش اتصال فاز مایع گذرا بررسی شده است. بدین منظور از دو لایه واسط پایه آهن و MBF-20، با ضخامت 25 میکرومتر استفاده شده است. فرآیند اتصال با لایه واسط MBF-20، در نمونه اول با دمای ˚c1075 با زمان 20 دقیقه، که فلز پایه قبل از فرآیند اتصال دوفازی شده، اتصالات بعدی در دمای ˚c1075 و زمان های 60 و 150 دقیقه که همراه با اتصال دوفازی شده و دمای ˚c1125 در زمان های 60، 90 و 120 دقیقه همراه با اتصال دوفازی شده، در کوره تحت خلاء انجام شد. اتصال با لایه واسط پایه آهن در دمای ˚c1275 در زمان های 60 و 120 دقیقه که همراه با اتصال دوفازی شده در کوره تحت گاز آرگون انجام گرفت. مطالعات انجام گرفته با استفاده از میکروسکوپ نوری نشان داد که در دمای ˚c1075 با زمان های 20 و 60 دقیقه، دمای ˚c1125 و زمان 60 و 90 دقیقه و دمای ˚c1275 با زمان 60 دقیقه، در مرکز اتصال و مناطق متأثر از نفوذ، ترکیبات Fe-B، Cr-B، Ni-B و Ni-Si، مشاهده گردید. که نشان دهنده کامل نشدن انجماد همدما می باشد. با افزایش دما یا زمان اتصال می توان این ترکیبات را حذف نمود، مشاهده شده است. این ترکیبات در دمای اتصال ˚c1075 با زمان 150 دقیقه، دمای ˚c1125 با زمان 120 دقیقه و در دمای ˚c1075 با زمان 120 دقیقه، در مرکز اتصال تشکیل نشده اند. نتایج ریز سختی سنجی نشان داده است. که با افزایش دما و زمان اتصال، سختی در منطقه اتصال کاهش می یابد. همچنین مشاهده شده است. که برای اتصال ایجاد شده در دمای ˚c1125 و زمان 120 دقیقه، به دلیل همگن سازی در زمان بالا، منطقه اتصال سختی کمتر و یکنواخت تر داشته است. استحکام برشی نمونه اتصال یافته در دمای ˚c1275 و زمان 120 دقیقه با لایه واسط پایه آهن، بیشتر از نمونه های دیگر با لایه واسط پایه نیکل می باشد. که به دلیل انجام گرفتن، همگن سازی بالا در این نمونه و کاهش بیشتر ترکیبات منطقه DAZ، نسبت به نمونه های دیگر می باشد.
کلمات کلیدی: اتصال TLP، فولاد 4140، فولاد دوفازی، فریت، مارتنزیت.
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1- مقدمه. 3
1-2- بیان مسئله. 4
1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق.. 4
1-4- نوآوری در تحقیق.. 4
1-5- اهداف مشخص تحقیق.. 5
فصل دوم: مروری بر منابع
2-1- فولاد 4140. 7
2-2- فولادهای دوفازی.. 8
2-3-انواع فولادهای دوفازی.. 9
2-3-1- فولادهای دوفازی فریتی- مارتنزیتی.. 9
2-4- روش های تولید فولادهای دو فازی.. 10
2-4-1- مسیر آنیل میان بحرانی.. 11
2-4-2- روش کوئنچ میانی (آنیل پله ای). 12
2-4-3- مسیرکوئنچ پله ای (آنیل پیوسته). 13
2-5- فرآیندTLP. 14
2-5-1- مراحل انجام فرایند TLP. 15
2-6- تأثیر درجه حرارت در اتصالTLP. 16
2-6-1- تأثیر دما بر سختی منطقه اتصال. 20
2-6-2- تأثیر دما بر استحکام برشی.. 21
2-6-3- تأثیر همگن سازی بر انتشار عناصر بین لایه واسط و فلز پایه. 22
2-7- تأثیر زمان بر خواص اتصال TLP. 22
2-7-1- تأثیر زمان بر ریزساختار اتصال. 22
2-7-2- تأثیر زمان بر سختی سنجی اتصال. 23
2-7-3- تأثیر زمان بر استحکام برشی.. 24
2-8- تأثیر فشار بر خواص اتصال TLP. 24
2-9- تأثیر لایه واسط بر خواص ریزساختار منطقه اتصال. 25
2-9-1- ریزساختار در منطقه اتصال. 25
2-9-2-منطقه انجماد همدما (ISZ). 26
2-9-3- منطقه انجماد غیر همدما (ASZ). 26
2-9-4- ریزساختار DAZ.. 28
2-10- تأثیر اتمسفر محافظ بر خواص اتصال TLP. 31
2-10-1- هوا 31
2-10-2- اتمسفر محافظ آرگون. 32
2-10-3- اتمسفر خلاء. 33
2-11- تأثیر سرعت گرم و سرد شدن اتصال. 34
2-12- فرآیند اتصال TLP انجام شده بر روی فولادها 35
فصل سوم: مواد و روش انجام آزمایش ها
3-1- ماده اولیه. 38
3-1-1- فولاد4140. 38
3-1-2- لایه واسط.. 39
3-2- عملیات حرارتی.. 39
3-3- انجام اتصالTLP. 40
3-4- بررسی اتصالات TLP. 41
3-4-1- میکروسکوپ نوری.. 42
3-4-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 42
3-4-3- آزمون ریز سختی سنجی.. 42
3-4-4- آزمون برش... 42
فصل چهارم: بحث و نتایج
4-1- بررسی ریزساختاری اتصالات با لایه واسط MBF-20. 45
4-1-1- اتصال در شرایط min20/ ˚C1075. 45
4-1-2- شرایط اتصال min 60/ ˚c1075. 54
4-1-3- شرایط اتصال min150/˚c1075. 60
4-1-4- شرایط اتصالmin60/ ˚c1125. 62
4-1-5- شرایط اتصالmin120/˚ c1125. 67
4-2- بررسی ریزساختاری اتصالات با لایه واسط پایه آهن.. 69
4-2-1- اتصال در شرایطmin60/ ˚c1275. 69
4-2-2- اتصال در شرایط min120/ ˚C1275. 75
4-3- نتایج ریز سختی سنجی.. 76
4-3-1- سختی منطقه ISZ و مرکز اتصال. 77
4-3-2- سختی منطقه DAZ.. 78
4-3-3- سختی فلز پایه. 78
4-4- نتایج استحکام برشی.. 79
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-2- پیشنهادات... II
منابع و مآخذ. III
چکیده انگلیسی
فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول 2-1- ترکیب شیمیایی فولاد 4140. 7
جدول 2-2. ترکیب شیمیایی گاز آرگون مصرفی.. 32
جدول 3-1- ترکیب شیمیایی فولاد در دسترس (درصد وزنی). 38
جدول3-2- ترکیب شیمیایی لایه واسط پایه نیکل (MBF20). 39
جدول3-2- شرایط دما و زمانی نمونه های اتصال داده شده در این تحقیق.. 41
جدول3-3- خلاصه آزمون های انجام شده بر روی نمونه های تحقیق حاضر. 41
جدول 4-1- نتایج آنالیز SEM/EDS از مناطق مشخص شده در شکل 4-3 )درصد وزنی). 50
جدول 4- 2 نتایج آنالیز SEM/EDS از مناطق مشخص شده در شکل 4-9)درصد وزنی). 56
جدول 4-3- نتایج آنالیز SEM/EDS از مناطق مشخص شده در شکل 4-14 )درصد وزنی). 66
جدول 4–4- نتایج آنالیز SEM/EDS از مناطق مشخص شده در شکل 4-20 )درصد وزنی). 73
فهرست شکل ها
عنوان شماره صفحه
شکل 2- 1- تصویر میکروسکوپ نوری از ریزساختار فولادهای دوفازی فریتی- مارتنزیتی.. 10
شکل2-2- مسیر آنیل میان بحرانی برای تولید فولاد های دوفازی به کمک عملیات حرارتی.. 11
شکل2 -3- تصویر میکروسکوپ نوری ریزساختار فولاد دوفازی تولید شده با روش آنیل میان بحرانی.. 12
شکل2-4- مسیر کوئنچ میانی برای تولید فولادهای دوفازی به کمک عملیات حرارتی.. 12
شکل 2-5- ریزساختار حاصل از روش کوئنچ میانی.. 13
شکل2-6- مسیرکوئنچ پله ای برای تولید فولاد های دوفازی به کمک عملیات حرارتی.. 13
شکل2-7- ریزساختار حاصل از مسیرکوئنچ پله ای.. 14
شکل2-8- طرح شمایی فرآیند TLP. 15
شکل 2-9- تصویر میکروسکوپ نوری اتصال نمونه در دمای ˚c1100 و زمان 60دقیقه. 17
شکل2-10- تصویر میکروسکوپ نوری اتصال نمونه همگن شده در زمان 60 دقیقه و دمای ˚c1206. 18
شکل2-11- پس از همگن سازی در 60 دقیقه و دمای ˚c1206. 18
الف- با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و ب- با استفاده از میکروسکوپ نوری.. 18
شکل2- 12- تصویر میکروسکوپ نوری اتصال همگن شده در زمان 120 دقیقه و دمای˚c1206. 19
شکل 2-13- نتایج ریز سختی سنجی بر اساس فاصله قبل از همگن سازی.. 20
شکل 2-14- نتایج ریز سختی سنجی بر اساس فاصله بعد از همگن سازی.. 20
شکل 2-15- نتایج استحکام برشی برای نمونه اتصال یافته در دماها و زمان های مختلف... 21
2-16- تصاویر SEM نمونه اتصال در زمان های مختلف a(s120)،b(s300)، c(s900)، d(s3600). 23
شکل 2- 17- نتایج سختی سنجی برای نمونه های اتصال داده شده در زمان های مختلف... 24
شکل 2-18- ریزساختار محل اتصال به هنگام کامل نشدن انجماد همدما 25
شکل 2-19- تصویر SEM از مناطق مختلف انجماد غیر همدما. 27
شکل2-20- طیف EDS فاز بوراید غنی از نیکل مشاهده شده در مرکز اتصال. 28
شکل2-21- ریزساختار SEM رسوبات ویدمنن اشتاتن که با رسوبات فاز گاما احاطه شده اند. 29
شکل2-22- طیف EDS ذرات بلوکی در منطقه DAZ.. 30
شکل2-23- طیف EDS ذرات ویدمن اشتاتن در منطقه DAZ.. 30
شکل 2-24- اتصال انجام شده در اتمسفر کوره الف قبل از همگن سازی و بعد از همگن سازی.. 32
شکل2-25- اتصال در اتمسفر محافظ آرگون، الف) قبل از همگن سازی و ب) بعد از همگن سازی.. 33
شکل 2-26- اتصال نمونه در اتمسفر خلا الف – قبل از همگن سازی و ب – بعد از همگن سازی.. 34
شکل 3-1- نمودار TTT فولاد 4140. 40
شکل 3-2- تصویر نمونه گیر مورد استفاده در آزمون کشش.... 43
شکل4-1- تصویر EDS از عناصر آلیاژی در عرض نمونه اتصال یافته P1. 46
شکل 4-2- آنالیز خطیSEM/EDS عناصر آلیاژی در عرض اتصال انجام شده نمونه P1. 47
شکل 4-3- تصویر SEM از ترکیبات منطقه اتصال برای نمونه اتصال یافته P1. 49
شکل4-4- تصویر SEM از منطقه انجماد غیر همدمای نمونه اتصال یافتهP1. 51
شکل 4-5- تصویر میکروسکوپ نوری از فلز پایه دوفازی شده قبل از اتصال. Error! Bookmark not defined.
شکل 4-6- تصویر SEM از فلز پایه برای نمونه اتصال یافته در دمای P1. 53
الف)با بزرگنمایی2000 و ب) بزرگنمایی 5000. 53
شکل4‑7- تصویر SEM نمونه اتصال یافته P2 (الف) الکترون های ثانویه و (ب) الکترون های برگشتی.. 55
شکل4‑8. آنالیز خطیSEM/EDS عناصر آلیاژی در عرض اتصال انجام شده نمونه P2. 57
شکل4‑9. تصویرSEM از ترکیبات منطقه اتصال برای نمونه اتصال یافته نمونه P2. 58
شکل4‑10- تصویر SEM از فلز پایه برای نمونه اتصال یافته نمونه P2 الف)الکترون های برگشتی و ب)الکترون های ثانویه 60
شکل 4-11. 61
شکل4‑12- تصویر میکروسکوپ نوری از فلز پایه برای نمونه اتصال داده شده P3. 62
شکل4‑13- تصویر SEM نمونه اتصال یافته P4 (الف) الکترون های برگشتی و (ب) الکترون های ثانویه. 63
شکل4‑14- آنالیز خطی SEM/EDS عناصر آلیاژی در عرض اتصال انجام شده نمونه P4. 64
شکل4-15- تصویر SEM از ترکیبات منطقه اتصال برای نمونه اتصال یافته P4. 65
شکل4‑16- تصویر SEM از فلز پایه برای نمونه اتصال یافته P4 (الف) بزرگنمایی 2000 و (ب) بزرگنمایی 5000 67
شکل 4- 17– تصویر میکروسکوپ نوری نمونه اتصال داده نمونه P6. 68
شکل4‑18- تصویر SEM نمونه اتصال یافته P7 (الف) الکترون های ثانویه و (ب) الکترون های برگشتی.. 70
شکل4‑19- آنالیز خطیSEM/EDS عناصر آلیاژی در عرض اتصال انجام شده نمونه P7. 71
شکل 4-20- تصویرSEM از ترکیبات منطقه اتصال برای نمونه اتصال یافتهP7. 72
شکل4-21- تصویرSEM از فلز پایه برای نمونه اتصال یافته P4 (الف) بزرگنمایی 5000 و (ب) بزرگنمایی 2000 74
شکل 4- 22- تصویر میکروسکوپ نوری نمونه اتصال داده نمونه P6. 75
شکل4-23- تصویر میکروسکوپ نوری دوفازی شدن فلز پایه پس از اتصال TLP در دمای 1275 درجه و زمان 2ساعت 76
شکل 4-24- مقایسه نتایج تست میکروسختی سنجی در مناطق A تا E پنج نمونه مختلف... 77
شکل4‑25- مقایسه استحکام برشی اتصال TLP برای نمونه های مختلف... 79