21841

21841

اثر متغيرهاي جوشكاري اصطكاكي اختلاطي بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد دوفازي فريتي-مارتنزيتي

دكتري

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

1393

1398/10/09

دكتر مسعود گودرزي - دكتر اميرحسين كوكبي

مواد و متالورژي

فولادهاي دوفازي فريتي/مارتنزيتي دسته¬اي از فولادهاي پيشرفته استحكام بالا هستند كه به دليل شكل¬پذيري خوب و نسبت استحكام به وزن بالا در بسياري از صنايع از جمله خودروسازي مورد استفاده قرار مي¬گيرند. جوشكاري اصطكاكي اختلاطي (FSW) يك فرايند اتصال حالت‌جامد است كه نسبت به جوشكاري¬هاي ذوبي مزايايي همچون عدم حضور فاز مذاب و مشكلات مربوط به آلودگي آن و حرارت ورودي كم را دارا است. مزاياي جوشكاري اصطكاكي اختلاطي اين فرايند را براي اتصال فولادهاي دوفازي قابل كاربرد ساخته است. در تحقيق حاضر اتصال فولاد دوفازي DP700 به روش FSW انجام شد. جوشكاري با استفاده از ابزار كاربيد تنگستن و در شرايطي كه سرعت دوراني، سرعت پيشروي، قطر شانه ابزار و جنس صفحه پشت¬بند به عنوان متغير در نظر گرفته شدند، انجام شد. پس از انجام جوشكاري، ريزساختار و خواص مكانيكي اتصال¬ با استفاده از ميكروسكوپ نوري، FEG-SEM، TEM، STEM، EBSD، آزمون كشش عرضي و ريزسختي سنجي مورد بررسي قرار گرفت. بررسي‌ها نشان داد در حالتي كه جنس صفحه پشت¬بند از فولاد ساده كربني باشد، كاهش نرخ حرارت ورودي مي‌تواند به عنوان راهكاري موثر جهت كاهش ميزان نرم‌شدگي منطقه متاثر از حرارت و لذا بهبود خواص مكانيكي اتصال حاصل در نظر گرفته شود. كاهش نرخ حرارت ورودي از طريق كاهش سرعت دوراني، افزايش سرعت پيشروي و يا كاهش قطر شانه ابزار، مادامي كه منجر به ايجاد عيب در جوش و يا تخريب ابزار نشود، صورت مي¬گيرد. در حالتي كه صفحه پشت¬بند فولادي مورد استفاده قرار گيرد در بهترين حالت استحكام كششي MPa 698 و ازدياد طول 2/16% به دست مي¬آيد كه معادل با راندمان 5/96 % است. در اين حالت دما در قسمت¬هاي پاييني و مياني منطقه همزده در محدوده بين بحراني Ac_1-Ac_3 قرار مي¬گيرد در حالي¬كه دماي قسمت بالاي منطقه همزده بالاتر از دماي Ac_3 است. در هيچ كدام از حالت¬هاي جوشكاري با استفاده از صفحه پشت¬بند فولادي منطقه متاثر از حرارت و كار مكانيكي (TMAZ) مشاهده نشد. علت اين موضوع دگرگوني¬هاي فازي است كه در حين سرد شدن رخ مي¬دهند و نشانه¬هاي ريزساختاري مربوط به اين منطقه را از بين مي¬برند. نتايج مربوط به استفاده از صفحه پشت¬بند با هدايت حرارتي بالا نشان داد كه جايگزيني فولاد توسط مس به عنوان صفحه پشت¬بند باعث كاهش دماي منطقه همزده به مقادير كمتر از Ac_1 و همچنين ايجاد منطقه TMAZ در ساختار جوش مي¬شود. ايجاد ناحيه TMAZ به همراه افزايش سرعت سرد شدن جوش مي¬توانند كاهش سختي ناشي از بازپخت مارتنزيت را جبران كند. در واقع ريزدانه شدن منطقه بازپخت شده، اندازه دانه nm500، باعث افزايش سختي اين ناحيه به مقادير كمي بالاتر از فلزپايه شده كه موجب بهبود خواص مكانيكي مي¬شود. با استفاده از صفحه پشت¬بند مسي استحكام كششي MPa711 و ازدياد طول 19% براي جوش حاصل بدست آمد كه معادل با راندمان اتصال 3/98% است.

1399/01/23

The effect of friction stir welding parameters on microstructure and mechanical properties of ferrite/martensite dual-phase steel

12/30/2019 12:00:00 AM

Ferrite/martensite dual-phase (DP) steels are a group of advanced high strength steels that are being used in many industries, e.g., automobile industry, due to their good formability as well as a high ratio of strength to weight. Friction stir welding (FSW) is a solid-state joining technique having advantages over fusion welding techniques such as lack of liquid phase and its related pollution problems as well as low heat input. These advantages have made FSW as an applicable joining method for DP steel parts. In the present study, DP700 steel was jointed using FSW method. Welding experiments were conducted using a tungsten carbide tool, and the parameters of rotational speed, transverse speed, shoulder diameter and the material of backing plate were investigated. Microstructural investigation of the welded joints was studied using optical microscopy, scanning electron microscopy equipped with EBSD, transmission electron microscopy, and scanning transmission electron microscopy. Transverse tensile tests and microhardness measurements were used to characterize the mechanical properties of the obtained welds. It was found that while using a steel backing plate, reduction of heat input rate can be considered as an effective solution to decrease the softening of the heat-affected zone and, in turn, enhance the mechanical properties of the weld. Decreasing rotation speed, increasing transverse speed, and reduction of shoulder diameter, as they lead to a sound weld, can decrease the heat input rate. Under the condition of using steel backing plate, in the best condition ultimate strength of 698 MPa and total elongation of 16.2% was achieved which is equivalent to 96.5% of joint efficiency. In this condition, middle and lower parts of the stir zone experience temperatures between Ac1 and Ac3, while the temperature of upper part of the stir zone exceeds Ac3. Thermomechanically affected zone (TMAZ) was not observed under conditions of steel backing plate. In fact, the occurrence of allotropic phase transformation destroys the signs of this region. It also was found that using copper as the backing plate decreases the temperature of the stir zone and it also develops a TMAZ in the macrostructure of the weld. Development of a TMAZ, as well as an increased cooling cycle, compensate for the hardness reduction of the heat-affected zone. In fact, the grain refinement of the tempered region, with a grain size of about 500 nm, increase the hardness to those higher than the base metal. In this condition the ultimate strength of 711 MPa and total elongation of 19% were achieved, which led to a joint efficiency of 98.3%.

اثر متغيرهاي جوشكاري اصطكاكي اختلاطي بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد دوفازي فريتي-مارتنزيتي

The effect of friction stir welding parameters on microstructure and mechanical properties of ferrite/martensite dual-phase steel