مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این مقاله، خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرا (TLP) بین Hastelloy X به ترکیب بین فلزیNi₃Al در محدوده دمایی 900-800 مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار اتصال توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی مطالعه شد. همچنین جهت بررسی تغییرات فازی در دماهای مختلف نیمه اتصال، از آزمون XRD دما بالا بهره گرفته شد. طبق مشاهدات میکروسکوپی، مقطع اتصال از سه منطقه متأثر از نفوذ، انجماد همدما و انجماد غیر همدما تشکیل شده بود که با افزایش دما و زمان فرایند، ناحیه انجماد همدما متشکل از محلول جامد غنی از نیکل در عرض ریزساختار گسترش یافت. استحکام اتصال بهینه در دمای °C1100 و زمان 180 دقیقه برابر با 4.5 ± 355 مگاپاسکال به دست آمد. استحکام برشی گرم در دماهای 800 و 900 به ترتیب به 1 ± 36.5 و 1 ± 20.5 مگاپاسکال اندازه گیری شد. شکست در سمت ترکیب بین فلزی در هر دو دمای آزمون به علت حضور حفرات انقباضی در حین مرحله انجماد ترکیب بین فلزی رخ داد.

هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای اتصال نفوذی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد مارتنزیتی 418 به سوپرآلیاژ اینکونل 738 با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت 50 میکرومتر می‌باشد. آزمایش‌ها در کوره خلاء در سه دمای 1050،1000 و 1150 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان‌ 45 ، 60 ، 75 و 90 دقیقه و تحت فشار 5 مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می‌دهد که حفره‌ها و نواحی بدون پیوند در نمونه‌هایی‌که در دمای پایین‌تر (1000 درجه سانتی‌گراد) به هم متصل شده‌اند دیده می‌شوند. با افزایش دمای اتصال از 1000 درجه سانتی‌گراد به 1050 درجه سانتی‌گراد، تمام ناپیوستگی‌های میکرو از بین رفته‌اند که نشان می‌دهد تغییر شکل میکروپلاستیک زبری‌ها بهبود یافته است. سپس با افزایش دما به 1150 درجه سانتی‌گراد، نواحی بدون پیوند در اتصال مشاهده می‌شوند  که به علت کاهش فشار اعمالی از سوی فیکسچر بر روی سطوح در تماس به علت افزایش دما می‌باشد. هنگام استفاده از نیکل خالص به‌عنوان لایه واسط، در سمت سوپرآلیاژ اینکونل 738 ترکیباتی بین فلزی [γ' [Ni3Al, Ti در فاز زمینه γ تشکیل می‌شوند در حالی‌که در سمت فولاد مارتنزیتی418 ترکیبات مخلوط فازی FeNi3 و (γFe,Ni) γ تشکیل می‌شوند. با توجه به نتایج آنالیز اسکن خطی، شیب و نفوذ عناصر در سوپرآلیاژ اینکونل 738 کمتر از فولاد مارتنزیتی 418 می‌باشد که نشان دهنده‌ نفوذ کمتر در سوپرآلیاژ اینکونل 738 است. در نمونه جوشکاری شده در دمای1050 درجه سانتی‌گراد و زمان 90 دقیقه، میزان نفوذ لایه نیکل در فولاد مارتنزیتی 418 برابر 40 میکرومتر و در سوپرآلیاژ اینکونل 738 برابر 35 میکرومتر می‌باشد. با مقایسه بیشینه سختی می‌توان نتیجه گرفت اتصال در شرایط دمای 1050 درجه سانتی‌گراد و زمان 90 دقیقه از بیشینه سختی کمتری نسبت به دیگر نمونه‌ها برخوردار است، لذا می‌توان نتیجه گرفت که از لحاظ ترکیبات بین‌فلزی از شرایط بهتری نسبت به سایر نمونه‌ها برخوردار است. بیشترین مقدار استحکام برشی در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد و زمان 90 دقیقه به میزان 270 مگاپاسگال بدست آمد.

لحیم یوتکتیک قلع-روی به‌دلیل ارزان بودن، دمای ذوب مناسب و خواص مکانیکی مطلوب، می‌تواند جایگزین مناسبی برای لحیم قلع -سرب، باشد. اما به دلیل فشار بخار بالای روی، ساخت این آلیاژ به‌روش ذوبی بسیار مشکل و پرهزینه است. در این پژوهش لحیم بدون سرب Sn-8.9 wt% Zn با استفاده از روش اکستروژن تجمعی زاویه‌ای ورق قلع و پودر روی در 10، 12 و 15 پاس ساخته و مشخصه‌یابی شد. بررسی‌های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتوایکس و طیف‌سنجی پراش اشعه ایکس انجام شد. همچنین استحکام برشی و سختی لحیم‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که پس از12 پاس، پخش‌شوندگی پودر روی در زمینه قلع بهبود یافته و انحلال روی با کاهش شدت پیک‌های XRD تأیید شد. اما با انجام15 پاس، ترک‌هایی در ساختار ایجاد شد. استحکام برشی اتصال لحیم قلع-روی حدود %60 بیشتر از لحیم قلع-سرب تجاری بود. زاویه ترشوندگی این لحیم بر روی مس 21 درجه و مقاومت الکتریکی آن 4/1 نانو اهم اندازه‌گیری شد که در محدوده قابل قبول برای کاربردهای الکترونیکی است، هرچند نسبت به لحیم قلع-سرب عملکرد ضعیف‌تری دارد.

در این پژوهش، از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای ترمیم ترک‌ها و شیارهای مصنوعی در آلیاژ آلومینیوم 7075 استفاده شد. نمونه‌هایی با عمق شیارهای متفاوت (۰٫۵، ۱، ۱٫۵ و ۲ میلی‌متر) تهیه و تحت آزمایش‌های تجربی، متالوگرافی، تست کشش و شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار Abaqus مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قادر به ترمیم کامل ترک‌ها 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 میلی‌متر، به‌عنوان بهترین حالت، بیشترین سختی (حدود ۱۰۹ ویکرز) و استحکام کششی را نسبت به سایر نمونه‌ها نشان داد. در مقابل، در نمونه‌های ۰٫۵ و ۲ میلی‌متر به‌دلیل شرایط حرارتی نامناسب و جریان غیریکنواخت ماده، تخلخل‌هایی ایجاد و افت استحکام مشاهده شد. نتایج شبیه‌سازی و آزمون‌های تجربی کاملاً با یکدیگر هم‌خوانی داشتند و نشان دادند که عمق شیار ۱ میلی‌متر شرایط بهینه برای ترمیم ترک‌ها در آلیاژ آلومینیوم 7075 به‌شمار می‌رود.