نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

مطالعه تجربی ترمیم شیارهای سطحی در منیزیم خالص به روش عملیات سطحی ‌‌اصطکاکی اغتشاشی

اکبر حیدرزاده

در این مطالعه، ترمیم شیارهای سطحی ایجاد شده بر نمونه های منیزیم خالص با استفاده از عملیات سطحی اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی تجربی قرار گرفت. شیارهایی با عمق های 0/5، 1 و 1/5 میلی متر با پارامترهای ثابت سرعت چرخش 1400 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 40 میلی متر بر دقیقه ایجاد و ترمیم شدند. نتایج نشان داد که ناحیه همزده (SZ) دارای دانه های بسیار ریز و هم محور بوده که ناشی از تبلور مجدد دینامیکی کامل است و موجب افزایش قابل توجه استحکام کششی و سختی نمونه ها نسبت به فلزپایه شد. بیشینه استحکام کششی 66/1 مگاپاسکال و سختی HVم60 در نمونه با شیار 1 میلی متر به دست آمد. همچنین، تبلور مجدد دینامیکی ناقص در ناحیه تحت تاثیر عملیات ترمومکانیکی (TMAZ) و حذف کامل شیارها در تمامی نمونه ها از دیگر نتایج مهم این پژوهش بود. نتایج نشان می دهد که عملیات سطحی اصطکاکی اغتشاشی توانایی بالایی در ترمیم موضعی ترک ها و بهبود خواص مکانیکی منیزیم دارد و می تواند به عنوان راهکاری موثر برای افزایش دوام قطعات منیزیمی آسیب دیده مورد استفاده قرار گیرد.

اثر جوشکاری GTAW تعمیری و عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ اینکونل939

روح اله عشیری

جوشکاری تعمیری سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 939 که تحت شرایط کاری 100000 ساعت بود، به روش جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با استفاده از فلز پرکن اینکونل 617 انجام شد. هدف اصلی در این پژوهش بررسی و تحلیل چالش های موجود در حین جوشکاری مانند توزیع نامنظم کاربیدهای اولیه MC و تشکیل ترک در منطقه متاثر از حرارت، و همچنین بررسی اثر سیکل عملیات حرارتی پس از جوشکاری بر ریزساختار و سختی نواحی مختلف جوش می باشد. در حین جوشکاری ترک خوردگی در منطقه متاثر از حرارت به طول 91 میکرومتر مشاهده شد و با توجه به حضور یک لایه ذوب شده و تجمع کاربیدها در اطراف ترک، ترک از نوع ترک ذوبی معرفی شد. سپس بر اثر عملیات حرارتی پس از جوشکاری، بهبود مشخصه های ریزساختاری و سختی در حوضچه جوش، منطقه ذوب جزیی و منطقه متاثر از حرارت مشاهده شد که این امر موجب همگون شدن پروفیل سختی گردید. مشاهده گردید که عملیات حرارتی پس از جوشکاری باعث رشد و گسترش ترک تشکیل شده در حین جوشکاری به طول 386 میکرومتر شد که این ترک به دلیل تشکیل و رشد در حین عملیات حرارتی پس از جوشکاری از نوع ترک پیر کرنشی معرفی شد.

بهبود خصوصیات جوش Hastelloy X با استفاده از جریان پالسی در جوشکاری قوس تنگستنی با گاز محافظ

خلیل رنجبر

در این پژوهش، تأثیر جریان پالسی و جریان ثابت بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات جوش سوپرآلیاژ Hastelloy X در فرایند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، از فلزپرکننده ERNiCrMo-2 استفاده شد. پارامترهای مهم ریزساختاری نظیر جدایش عناصر آلیاژی، ریزتر شدن دندریت ها، یکنواختی ساختار فلزجوش و تغییرات حاصل در سختی و استحکام جوش، در دو حالت جوشکاری بررسی و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شدند. برای ارزیابی ریزساختار، از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، طیف سنجی توزیع انرژی و جهت شناسایی فازها از پراش پرتو ایکس استفاده گردید. نتایج نشان داد که جوشکاری با جریان پالسی منجر به تشکیل ساختاری ریزتر با دندریت های هم محور، کاهش جدایش عناصر آلیاژی و توزیع یکنواخت تر کاربیدهای M₆C در فلزجوش می شود. همچنین، این فرایند موجب بهبود قابل توجهی در سختی، مقاومت به ضربه و استحکام کششی فلزجوش نسبت به جوشکاری با جریان ثابت گردید. بررسی های شکست نگاری، رفتار شکست نرم را در تمامی نمونه ها تأیید کرد که با نتایج ریزساختاری و مکانیکی مطابقت داشت. یافته های این پژوهش، اهمیت کاربرد جریان پالسی در جوشکاری را به عنوان راهکاری مؤثر برای کنترل ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی اتصال سوپرآلیاژ Hastelloy X برجسته می سازد.

بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری ساختار تدریجی فولاد زنگ‌نزن 17-4PH و Stellite6 ساخته شده با فرایند رسوب‌نشانی مستقیم لیزری

رضا شجاع رضوی

در این پژوهش، به منظور دستیابی به ساختار تدریجی بین فولاد زنگ نزن p17-4PHو آلیاژ Stellite6، از فرایند رسوب نشانی مستقیم لیزری استفاده شد. نمونه ها به گونه ای طراحی و ساخته شدند که ترکیب شیمیایی در هر مرحله به صورت تدریجی و گام به گام از %100 p17-4PHبه %100 Stellite6 تغییر یابد. این تغییر به صورت کاهش 25 درصدی سهم p17-4PHو افزایش 25 درصدی سهم Stellite6 در هر مرحله صورت گرفت. بررسی ریزساختار و توضیع عناصر با میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز عنصری انجام شد. به منظور محاسبه خواص مکانیکی با آزمون میکروسختی HV و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ساختار مارتنزیتی سوزنی در بستر، با انتقال به ترکیب %۲۵ به دندریت های سلولی تبدیل و با افزایش درصدStellite 6 و افزایش Cr و W موجب گسترش مرز دانه ها و تجمع کاربید میان دندریت ها شد. در ترکیب %۵۰ ظهور دندریت های ستونی جهت دار مشاهده شد. در مقادیر بالاتر Stellite 6، ساختار دندریتی ریزتر شده و به ساختارهای هم محور تبدیل شد. روند تغییر ریزسختی از فلزپایه، از 300 ویکرز برای p17-4PHدر امتداد ساخت به سمت لایه¬های بالاتر نمونه ها افزایش و تا 490 ویکرز برای Stellit6 خالص مشاهده شد. آزمون کشش نشان داد که σᵧ و σᵤ در تمامی ترکیبات در بازه ۱۱۰۲–۱۱۵۹ مگاپاسکال با کاهش اندک و پیوسته حفظ شده و نبود فازهای ترد یا عیوب ساختاری موفقیت فرایند رسوب نشانی مستقیم لیزری را تأیید می کند. درصد ازدیاد طول نیز از %۷ در استلایت ۶ تا %۱۹ در p17-4PHبا افزایش میزان p17-4PHافزایشی بوده و ترکیب ۵۰–۵۰ با 14.5 درصد ازدیاد طول بهترین تعادل بین استحکام و انعطاف پذیری را ارائه داده است.

تأثیر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم سری 5754

میر نریمان یوزباشی

فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای یکی از روش های جوشکاری حالت جامد است که به عنوان یکی از مهم ترین پیشرفت ها در اتصال فلزات در دهه اخیر شناخته شده است. در این پژوهش، تأثیر سرعت دوران و زمان تماس ابزار با طراحی خاص و متفاوت با تحقیقات قبلی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم سری 5754 مورد بررسی قرار گرفته است. قطعه کار با استفاده از نگهدارنده مخصوص بر روی دستگاه سوراخ کاری رادیال گیره بندی شد و عملیات جوشکاری با استفاده از دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای در سرعت های دورانی متفاوت و زمان های تماس ابزار مختلف انجام گرفت. در ادامه ریزساختار، ریزسختی و نیروی کششی - برشی منطقه نقطه جوش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش سرعت دوران ابزار و افزایش زمان تماس ابزار، بهبود نیروی کششی- برشی به میزان حدود %105 را در پی داشته است. مطابق تحلیل های آماری فاکتورهای سرعت دوران و زمان تماس ابزار با سطح اطمینان بیشتر از %95 بر مقدار نیروی برشی مؤثر هستند؛ در حالی که مطابق تحلیل های آماری، ارتباط بین سرعت دوران و زمان تماس با سختی، نتایج متفاوتی در پی داشته است.

بررسی تأثیر فرکانس جریان پالسی در جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ (GTAW) سوپرآلیاژ پایه نیکل IN738LC

روح اله عشیری

سوپرآلیاژ Inconel 738LC به دلیل استحکام ناشی از رسوبات گاما پرایم و حضور فازهای کم ذوب، در جوشکاری مستعد ترک های ذوبی در ناحیه متأثر از حرارت است و این موضوع قابلیت اطمینان اتصال را محدود می کند. در این پژوهش، اثر جریان در جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW) در دو حالت ثابت و پالسی بر جوش پذیری، ریزساختار و خواص مکانیکی این سوپر آلیاژ بررسی شد. برای ارزیابی جوش ها، آزمون کشش در دمای محیط و سختی سنجی ویکرز انجام شد و ریزساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی و نوری مطالعه گردید. نتایج نشان داد پالسی کردن—به ویژه در فرکانس های بالاتر—با ایجاد نوسان حرارتی کنترل شده و کاهش ورودی حرارت مؤثر، وقوع ترک های ذوبی را به طور معناداری کاهش داده و کیفیت اتصال را بهبود می بخشد. این رویکرد با سوق دادن انجماد از دندریتی ستونی به هم محور، کاهش جدایش بین دندریتی و توزیع یکنواخت تر و ریزتر کاربیدهای MC، زمینه بهبود استحکام، شکل پذیری و سختی فلز جوش را فراهم می کند. در مجموع، GTAW پالسی روشی کارآمد برای مهار ترک خوردگی و ارتقای عملکرد اتصال در IN738LC است.

ارزیابی تجربی و عددی اثر عمق شیار بر رفتار ریزساختاری و مکانیکی در ترمیم ترک آلیاژ آلومینیوم 7075 با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

موسی ساجد

در این پژوهش، از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای ترمیم ترک ها و شیارهای مصنوعی در آلیاژ آلومینیوم 7075 استفاده شد. نمونه هایی با عمق شیارهای متفاوت (۰٫۵، ۱، ۱٫۵ و ۲ میلی متر) تهیه و تحت آزمایش های تجربی، متالوگرافی، تست کشش و شبیه سازی عددی با نرم افزار Abaqus مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قادر به ترمیم کامل ترک ها بدون ایجاد تخلخل یا نقص سطحی است. بررسی ریزساختار ناحیه همزده نشان داد که تبلور مجدد دینامیکی منجر به تشکیل ساختار ریزدانه و همگن شده و در نتیجه موجب افزایش سختی و استحکام کششی گردیده است. نمونه با شیار ۱ میلی متر، به عنوان بهترین حالت، بیشترین سختی (حدود ۱۰۹ ویکرز) و استحکام کششی را نسبت به سایر نمونه ها نشان داد. در مقابل، در نمونه های ۰٫۵ و ۲ میلی متر به دلیل شرایط حرارتی نامناسب و جریان غیریکنواخت ماده، تخلخل هایی ایجاد و افت استحکام مشاهده شد. نتایج شبیه سازی و آزمون های تجربی کاملاً با یکدیگر هم خوانی داشتند و نشان دادند که عمق شیار ۱ میلی متر شرایط بهینه برای ترمیم ترک ها در آلیاژ آلومینیوم 7075 به شمار می رود.

بررسی اثر دما و زمان فرایند بر خوردگی پوشش‌های آلیاژ آنتروپی زیاد Al0.5CoCrFeMnTi0.5 اعمال شده روی فولاد ساده کربنی با روش اتصال نفوذی

رضا دهملایی

در این پژوهش، تاثیر دما و زمان اتصال نفوذی بر ریزساختار و رفتار خوردگی، پوشش آلیاژ آنتروپی زیاد Al₀.₅CoCrFeMnTi₀.₅ اعمال شده روی زیرلایه فولادی A283 به روش اتصال نفوذی و بکارگیری تکنیک تف جوشی پلاسمای جرقه ای مطالعه گردید. اتصال نفوذی به صورت درجا (همزمانی تف جوشی پودر آلیاژ آنتروپی زیاد و اتصال نفوذی) در دماهای ۸۵۰، ۹۵۰ و ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد و سه زمان ۱۰، ۱۵ و ۲۰ دقیقه انجام شد. مطالعات ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) نشان داد که افزایش زمان و بویژه دمای اتصال نفوذی سبب کاهش تخلخل و افزایش تراکم پوشش گردیده است. نتایج آزمون های امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک در محلول NaCl 3.5% wt نشان داد که با افزایش دما و زمان اتصال نفوذی، مقاومت انتقال بار (Rct) و پتانسیل خوردگی (Ecorr) افزایش یافته و چگالی جریان خوردگی (Icorr) کاهش یافته است. بیشترین مقاومت خوردگی برای پوشش تولید شده در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد و زمان ۲۰ دقیقه بدست آمد. مشخص شد که بهبود رفتار خوردگی ناشی از تشکیل فیلم های اکسیدی یکنواخت و چسبنده می باشد که باعث ممانعت از نفوذ یون های خورنده به زیرلایه فولادی گردیده است.

کامپوزیت سطحی AA5083/Al12Mo تولید شده به روش فراوری همزن اصطکاکی: واکاوی مکانیزم‌های استحکام‌بخشی، تاخیر در پدیده سیلان پله‌ای (PLC) و مقاومت به خوردگی

حسن عبداله پور

در این پژوهش، کامپوزیت سطحی AA5083/Al12Mo با حدود 10 حجمی ذرات آلومیناید مولیبدنِ از پیش سنتز شده، با استفاده از فرآوری همزن اصطکاکی (FSP) و در شرایط بهینه شامل شش پاس، سرعت چرخشی rpm 1000 و سرعت پیشروی mm/min 52 تولید شد. اعمال پاس های متعدد موجب کاهش اندازه ذرات از حدود µm 20 به حدود µm1.7 و یکنواختی بیشتر توزیع آن ها شد و هم زمان ریزدانه شدن زمینه و افزایش کرنش سختی را به دنبال داشت. این بهبودهای ریزساختاری منجر به افزایش حدود %16 استحکام کششی نسبت به نمونه FSP شده ی بدون تقویت کننده و %20 نسبت به فلز پایه تحویلی و نیز افزایش %50 و %63 سختی در نمونه های 4 و 6 پاس نسبت به فلز پایه گردید. تحلیل کمی مکانیزم های استحکام بخشی نشان داد که کرنش سختی بیشترین سهم را در افزایش استحکام دارد و حضور ذرات باعث تأخیر در آغاز سیلان پله ای شد. بررسی سطح شکست نشان دهنده ی وقوع شکست مخلوط شامل شکست ذرات، جداشدگی آن ها از زمینه و شکستن زمینه بود. نتایج آزمون خوردگی نیز کاهش مقاومت خوردگی کامپوزیت را آشکار کرد که عمدتاً ناشی از ناپیوستگی لایه پایدار اکسید آلومینیوم و ایجاد عیوب ناشی از تغییر شکل شدید پلاستیک در فصل مشترک ذره–زمینه بود.

تحول ریزساختاری اتصالات سوپرآلیاژ IN-738LC حاصل از فرایند اتصال‌دهی فازمایع گذرا با استفاده از حرارت‌دهی دومرحله‌ای

بهروز بیدختی

در این پژوهش، یک روش نوین در فرایند اتصال دهی فاز مایع گذرا (TLP) بوسیله حرارت دهی دومرحله ای برای ایجاد اتصال در سوپرآلیاژ IN-738LC بررسی شد. اتصال دهی با حرارت اولیه °C م1150 به مدت 5 ثانیه و سپس نگهداری در °C م1130-1110 برای 3 تا 40 دقیقه انجام گرفت. تحول ریزساختاری در طول فرایند و همچنین مورفولوژی فصل مشترک، در مقایسه با اتصالات متداول TLP مورد بررسی قرار گرفت. این روش زمان تکمیل انجماد همدما را به طور قابل توجهی کاهش داد؛ به گونه ای که عرض یوتکتیک مرکزی از 45 میکرون در 3 دقیقه به 19 میکرون در 12 دقیقه کاهش یافت و در 40 دقیقه کاملاً حذف شد. بر اساس بررسی های ریزساختاری، فرایند حرارت دهی دومرحله ای در مرحله ی اولیه منجر به ایجاد فصل مشترک انجماد با ساختار سلولی ـ دندریتی می شود. این ویژگی موجب توزیع غیرخطی تخلخل ها در امتداد ناحیه ی اتصال گردید. درنهایت فرایند همگن سازی موجب حذف رسوبات بوریدی و تشکیل رسوبات یکنواخت γ′ مشابه فلز پایه شد. این یافته ها دیدگاه های عملی و ریزساختاری درباره تاثیر پروفایل حرارتی بر تحول ناحیه اتصال و مسیر بهبود اتصالات در سوپرآلیاژهای پایه نیکل را نشان می دهند.

اثر درجه رقت بر چسبندگی و پیوستگی اتصال لایه روکش ER2209 بر روی فولاد ریختگی AISI 1030

حامد ثابت

در تحقیق حاضر نمونه های تهیه شده از جنس فولاد ریختگی AISI 1030 ، با دماهای پیشگرم متفاوت با استفاده از مفتول فولاد زنگ نزن دو فازی ER2209 توسط روش جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) با تعداد پاسهای مختلف ، روکش کاری شدند. درجه رقت نمونه های روکش کاری شده با تعداد پاسهای مختلف و دماهای پیشگرم متفاوت محاسبه شد و سپس تاثیر آن بر چسبندگی و پیوستگی اتصال جوش لایه روکش ER2209 بر روی فولاد ریختگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد پاس های روکش درجه رقت در نمونه ها کاهش می یابد. همچنین افزایش دمای پیشگرم نیز منجر به افزایش درجه رقت می شود. همچنین نمونه سه پاس روکش کاری شده با دمای پیشگرم 100 درجه سانتی گراد بیشترین درجه رقت را دارا می باشد. نتایج آزمایش خمش نشان داد که با افزایش تعداد پاس های روکش ، زاویه خمش افزایش می یابد. نتایج بررسی ماکروسکوپی ساختار ، پیوستگی را بطور کامل در فصل مشترک لایه روکش با فلز پایه تایید نمود. بررسی فازی و تغییرات ساختاری نیز نشان داد که فلز پایه دارای ساختار 80 درصد حجمی فریت -20 درصد حجمی پرلیت ، منطقه HAZ دارای ساختار فریتی- پرلیتی دگرگون شده با همان درصد حجمی و نمونه های روکش کاری شده در پاس نهایی ، ساختار آستنیتی – فریتی با درصد حجمی فریت بین 10 تا 20 درصد را از خود نشان دادند. نتایج ریز سختی مشخص نمود که نمونه دو پاس جوشکاری شده ( با دمای پیشگرم 200 درجه سانتی گراد ) بیشترین میزان سختی را به مقدار 355 ویکرز دارد.

اثر پولیش لیزری بر ویژگی‌های سطحی آلیاژ Ti-6242 ساخته‌شده به‌روش ذوب بستر پودر با پرتو الکترونی

مسعود عطاپور

آلیاژ Ti-6242 به دلیل مقاومت حرارتی بالا از اهمیت ویژه ای در حوزه ی ساخت افزایشی برخوردار است. بااین حال، قطعات تولیدشده از این آلیاژ به روش ذوب بستر پودر با پرتو الکترونی معمولاً کیفیت سطحی نامطلوبی دارند که از ماهیت تولید لایه به لایه و ذوب ناقص ذرات پودری ناشی می شود. در این پژوهش، به منظور بهبود ویژگی های سطحی، فرایند پولیش لیزری با سه توان لیزر (195، 260 و 325 وات) و دو سرعت حرکت (3 و 4/5 میلی متر بر ثانیه) بر روی نمونه ها اعمال شد. اثر این پارامترها بر زبری سطح، ریزساختار و خواص مکانیکی از طریق آزمایش های زبری سنجی، متالوگرافی، سختی سنجی و سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زبری میانگین سطح تا 93 درصد کاهش یافته و از 9/36 به 0/61 میکرومتر رسید. همچنین، فازهای آلفا و بتا در ریزساختار اولیه به فاز مارتنزیتی و سوزنی شکل آلفا پرایم تبدیل شدند که موجب افزایش 33 درصدی سختی از 380 به 506 ویکرز و بهبود چشمگیر مقاومت به سایش گردید. در نتیجه، تنظیم بهینه پارامترهای پولیش لیزری می تواند به طور هم زمان زبری را کاهش داده و خواص مکانیکی سطح را بهبود بخشد.