مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

در این مطالعه به بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرمشابه جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی فولاد AISI ۴۳۰ و فولاد S۵۰۰ MC پرداخته شد. برای انجام این پژوهش از آرایه L۹ تاگوچی برای مشخص شدن تعداد نمونه‌ها و تعیین محدوده متغیرهای هر نمونه استفاده شد و پس از جوشکاری نمونه‌ها و انجام آزمون کشش برشی، نمونه‌ای که دارای بیشترین استحکام کشش برشی(۱۳۷۴۰ نیوتن) و بیشترین مقدار انرژی شکست(۱۰۲۱۶۰ژول) بود، به عنوان بهترین نمونه در نظر گرفته شد؛ همچنین متغیرهای این نمونه یعنی جریان جوشکاری ۱۲ کیلووات، زمان جوشکاری ۱۲ سیکل و نیروی الکترود ۳ کیلو نیوتن دارای بیشترین مقادیر سیگنال به نویز بودند و این مقادیر جز بهترین محدوده متغیرها در بین متغیرهای پیشنهادی انتخاب شدند. سپس بر روی نمونه جوشکاری شده با متغیرهای فوق، آزمون میکروسختی انجام شد و مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شدند. سختی ناحیه جوش حدود ۴۰۰ ویکرز مشاهده شد و ریزساختار فلزجوش از فریت، مارتنزیت و فریت ویدمن اشتاتن تشکیل شده بود.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر عملیات حرارتی فرا پیرسازی دو مرحله ای بر ریزساختار و رفتار خوردگی حفره‌ای ناحیه اتصال فولاد زنگ نزن ۱۷-۴PH می‌باشد. بدین منظور این فولاد پیش از جوشکاری تحت عملیات حرارتی آنیل انحلالی در دمای ۱۰۳۵ درجه سانتی‌گراد به مدت یک ساعت قرار گرفت. سپس جوشکاری قوس تنگستن-گاز (GTAW) به وسیله فلزپرکننده هم جنس ER۶۳۰ انجام شد. پس از آن، بخشی از قطعه جوشکاری شده، تحت عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله ای قرار گرفت. ریزساختار و مقاومت به خوردگی ناحیه جوش، پس از عملیات فراپیرسازی دو مرحله‌ای، مورد بررسی و آزمون قرار گرفت و  با رفتار جوش در حالت as-weld مقایسه گردید. بررسی‌‌های ریزساختاری نشان داد که فراپیرسازی دو مرحله‌ای ناحیه جوش منجر به تمپر شدن ریزساختار مارتنزیتی و تشکیل آستنیت برگشتی بیشتر و نیز تشکیل فریت α گردید. کسر حجمی آستنیت موجود در فلزجوش در حالت as-weld از حدود %۷ به حدود ۳۰% در حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای رسید که افزایش بیش از ۴ برابری را نشان می‌دهد. در حالت as-weld پتانسیل حفره دار شدن (EPit) فلزجوش مقدار mv۱۵/۱۸- را نشان داد که در مقایسه با حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای با پتانسیلmv۵۴/۱۲۲، کاهش قابل توجه حساسیت به خوردگی حفره‌ای با انجام فراپیرسازی دو مرحله‌ای را نشان می‌دهد. همچنین عملیات حرارتی فراپیرسازی دو مرحله‌ای نشان داد که اختلاف پتانسیل‌های خوردگی نواحی مختلف جوش کاهش یافته که موجب کاهش خوردگی گالوانیکی می‌شود. ارزیابی رفتار مکانیکی توسط آزمون مقاومت به ضربه مشخص کرد که ناحیه جوش در حالت فراپیرسازی دو مرحله‌ای مقاومت به ضربه بیشتری نسبت به حالتas-weld داشته و افزایش۶۶ درصدی را نشان داد.

 

هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای اتصال نفوذی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ به سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت ۵۰ میکرومتر می‌باشد. آزمایش‌ها در کوره خلاء در سه دمای ۱۰۵۰،۱۰۰۰ و ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان‌ ۴۵ ، ۶۰ ، ۷۵ و ۹۰ دقیقه و تحت فشار ۵ مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می‌دهد که حفره‌ها و نواحی بدون پیوند در نمونه‌هایی‌که در دمای پایین‌تر (۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) به هم متصل شده‌اند دیده می‌شوند. با افزایش دمای اتصال از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد، تمام ناپیوستگی‌های میکرو از بین رفته‌اند که نشان می‌دهد تغییر شکل میکروپلاستیک زبری‌ها بهبود یافته است. سپس با افزایش دما به ۱۱۵۰ 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 ۷۳۸ ترکیباتی بین فلزی [γ' [Ni۳Al, Ti در فاز زمینه γ تشکیل می‌شوند در حالی‌که در سمت فولاد مارتنزیتی۴۱۸ ترکیبات مخلوط فازی FeNi۳ و (γFe,Ni) γ تشکیل می‌شوند. با توجه به نتایج آنالیز اسکن خطی، شیب و نفوذ عناصر در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ کمتر از فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ می‌باشد که نشان دهنده‌ نفوذ کمتر در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ است. در نمونه جوشکاری شده در دمای۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ دقیقه، میزان نفوذ لایه نیکل در فولاد مارتنزیتی ۴۱۸ برابر ۴۰ میکرومتر و در سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ برابر ۳۵ میکرومتر می‌باشد. با مقایسه بیشینه سختی می‌توان نتیجه گرفت اتصال در شرایط دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ 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 ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان ۹۰ دقیقه به میزان ۲۷۰ مگاپاسگال بدست آمد.

مطالعه حاضر بهینه‌سازی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشکاری لیزر ابر آلیاژ پایه کبالت هاینس ۲۵ (L-۶۰۵) را بررسی می‌کند. تأثیر متغیرهای جوشکاری لیزر مانند قدرت پرتو لیزر، بسامد ضربانی، سرعت جوشکاری و پهنای زمانی ضربان بر خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصالات جوش مورد بررسی قرار می‌گیرد. با بررسی متغیرهای جوشکاری مقادیر G (شیب حرارتی) و R (نرخ انجماد) و  همچنین تحت تبرید (G/R) و سرعت سرمایش (G×R) که بر ریزساختار انجماد غالب هستند، محاسبه و همبستگی ساختاری با خواص مکانیکی حاصل از جوش بررسی می‌گردد. در این تحقیق بدست آوردن متغیرهای جوشکاری برای ایجاد درصد بالایی از ساختار به صورت دندریت هم محور‌مد نظر می‌باشد. بررسی ریزساختاری رشد دانه همپایی و ساختارهای دندریتی در ناحیه جوش را نشان می‌دهد. سرعت انجماد بالا در حوضچه جوش سبب انجماد دندریتی شد که از دندریت‌های ستونی دیواره‌های جوش شروع می‌شود و به دندریت‌های هم محور در مرکز جوش منتهی می‌شود. مقدار ریزسختی در ناحیه جوش برابر ۳۲۸ ویکرز می‌باشد که به سختی ماده اصلی بسیار نزدیک است. استحکام کششی نمونه‌های جوش به حدود %۹۳ و%۹۴ استحکام کشش فلزپایه می‌رسد. بررسی آزمون کشش نمونه‌های جوش حاکی از شکست نرم-ترد است. با بررسی میکروسکوپی الکترونی روبشی وجود فرورفتگی‌ها، شکاف بین دانه‌ای و ریز حفره‌ها در ناحیه شکست تأیید شد.

در این پژوهش ریزساختار فصل‌مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱- آلومینیوم ۱۰۵۰ - آلومینیوم ۵۰۸۳ با دو فاصله توقف ۶ و ۷۵/۶ میلی‌متر، قبل و بعد از عملیات‌حرارتی بررسی شد. عملیات‌حرارتی نمونه‌های جوشکاری شده در دماهای C◦۲۵۰و ۳۵۰ برای زمان‌های۱۰۰۰، ۳۰۰۰ و ۱۰۰۰۰ ثانیه، انجام شد. بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل‌مشترک آلومینیوم ۵۰۸۳- آلومینیوم ۱۰۵۰ به صورت مسطح و با ساختار بدون نقص است. با افزایش فاصله توقف، فصل‌مشترک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۲۱- آلومینیوم ۱۰۵۰ از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و همچنین متوسط ضخامت لایه فصل‌مشترک از ۹۵/۴ به ۷/۶ میکرون افزایش می‌یابد. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل‌مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می‌یابد و در بیشترین مقدار به ۵۶/۱۸ و ۰۲/۱۵ میکرون به‌ترتیب برای نمونه با فاصله توقف ۷۵/۶ و ۶ میلی‌متر می‌رسد. برای نمونه با فاصله توقف ۷۵/۶ و ۶ میلی‌متر مقادیر انرژی محرکه نفوذ به‌ترتیب ۶/۴۶ وkJ/mol ۴/۴۲ و مقادیر ثابت نفوذ به ترتیب ۲/۱۴۲و ms-۱ ۳/۴۵ محاسبه شد.

امروزه با پیشرفت روز افزون تکنولوژی، تقاضا برای کوچک‌سازی وسایل الکترونیکی بیشتر از پیش مورد نیاز است. قرارگیری اتصالات الکترونیکی جدید در شرایط دمایی خزشی به دلیل نقطه ذوب پایین لحیم‌ها و همین‌طور دانسیته جریان بالا چالش‌هایی مانند مهاجرت الکترونی و حرارتی به وجود آورده است. لذا اخیراً آلیاژسازی و کامپوزیت‌سازی جهت بهبود مقاومت به مهاجرت الکترونی اتصالات الکترونیکی به کار گرفته شده است. در این پژوهش سعی بر آن شد با کامپوزیت سازی آلیاژ لحیم بدون سرب SAC۰۳۰۷ با استفاده از میکروذرات کبالت، مقاومت به مهاجرت الکترونی بهبود یابد. حضور کبالت در ترکیب بین فلزی فصل مشترکی باعث پایداری بیشتر ترکیب بین فلزی فصل مشترکی و جلوگیری از کاهش ضخامت ترکیب بین فلزی فصل مشترکی در طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی می‌شود؛ درنتیجه پایداری و برقراری اتصال الکترونیکی نمونه لحیم‌کاری شده با آلیاژ لحیم کامپوزیتی بیشتر از آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی است. از طرفی دیگر، به دلیل ساختار ریزدانه و افزایش چگالی مرزدانه‌ها در آلیاژ لحیم کامپوزیتی، مکانیزم نفوذ شبکه ای در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی به مکانیزم نفوذ مرزدانه تغییر یافته است؛ در نتیجه به دلیل مصرف اتم‌های مس شارش یافته از سمت کاتد به آند توسط ترکیبات بین فلزی موجود در مرزدانه‌ها، در آلیاژ لحیم کامپوزیتی طی زمان آزمون مهاجرت الکترونی غیریکنواختی ریزساختاری مشاهده شد.

در این پژوهش اتصال فاز مایع گذرای فولاد ساده کربنیSt۵۲ به سرمت کاربید تنگستن- کبالت با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت ۵۰ میکرومتر مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه‌هایی در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و زمان‌های نگهداری ۱، ۱۵، ۳۰ و ۴۵ دقیقه به یکدیگر متصل شدند. ریزساختار اتصالات ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز تفکیک انرژی بررسی شد. همچنین برای بررسی اثر اتصال بر تغییرات فازی ناحیه اتصال از آنالیز پراش پرتو ایکس استفاده شد. آزمایش‌های ریزسختی سنجی و تنش کششی برشی نیز جهت مطالعه خواص مکانیکی روی نمونه‌ها انجام شدند. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد. سه منطقه مختلف انجمادی هم‌دما و غیرهم‌دما و منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده پایه WC-Co  وجود دارد که ویژگی‌ نمونه‌ها را تعیین می‌کنند. منطقه انجماد همدما حاوی محلول جامد غنی از آهن و منطقه انجماد غیرهمدما حاوی فاز محلول جامد غنی از مس بود. در منطقه متأثر از نفوذ سمت سرمت WC-Co در زمان‌های ۱ و ۱۵ دقیقه فاز η ایجاد نگردید در حالی‌که با افزایش زمان اتصال به ۳۰ و نهایتا ۴۵ دقیقه فاز η در منطقه متأثر از نفوذ سمت سرمت WC-Co تشکیل شد. پروفیل ریز سختی برای تمامی نمونه‌ها دارای یک روند بود و حداکثر سختی مربوط به سرمت پایه WC-Co به میزان ۱۱۰۰ ویکرز و کمترین سختی مربوط به فلزپایه فولادی و حدود ۲۲۰ ویکرز بود. همچنین حداکثر استحکام کششی برشی مربوط به نمونه متصل شده در زمان ۱۵ دقیقه و حدود ۱۸۰ مگاپاسکال بود که به دلیل افزایش در کسر حجمی محلول جامد غنی از آهن و همچنین پیوستگی ریزساختاری مناسب و وجود مقدار بهینه  فاز غنی از مس در ریزساختار بدست آمد.

اتصال غیرهمجنس آلومینا به مس با فلزات پرکننده فعال Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%۳,۵Zr با استفاده از فرایند لحیم-کاری سخت القایی بترتیب در دماهای ۸۴۰ و ۸۶۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱۵ دقیقه انجام شدند. ریزساختار اتصالات با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون ریزسختی ویکرز و آزمون استحکام کشش برشی استفاده شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اتصال Al۲O۳/Cu با استفاده از پرکننده های Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr منجر به تشکیل یک لایه واکنشی در فصل مشترک آلومینا و فلز پرکننده می شود. در لایه‌ی واکنشی اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn، دو فاز TiO و Cu۳Ti۳O و در اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr دو فاز TiO و ZrO۲ مشاهده شد. نتایج آزمون استحکام برشی نشان داد که به دلیل ضخامت بیشتر فلز پرکننده و ضخامت کمتر لایه واکنشی، اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%۳.۵Zr استحکام برشی (۱۴MPa) بالاتری نسبت به اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn (۹MPa) دارد.

لحیم‌کاری نرم از پرمصرف‌ترین فرایندهای اتصال‌دهی در صنعت الکترونیک است. بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین کنترل تشکیل و رشد ترکیبات بین‌فلزی، زمینه‌ساز گسترش تحقیقات در زمینه کامپوزیت‌سازی شده است. توزیع یکنواخت از ذرات سخت در زمینه لحیم، ‌طوری‌که خواص فیزیکی و مکانیکی را بهبود بخشد می‌تواند معیاری موفقیت‌آمیز برای رسیدن به آلیاژهای لحیم کامپوزیتی باشد. در این پژوهش با بهره‌گیری از روش اتصال‌دهی نورد انباشتی (ARB)، کامپوزیت‌سازی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب SAC۰۳۰۷ با استفاده از میکروذرات کبالت انجام شد. در ادامه جهت بررسی کارایی روش کامپوزیتی به کارگرفته شده، ورق‌های لحیم تولید شده به این روش از نظر ریزساختاری، مکانیکی و فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان‌دهنده توزیع مناسب ذرات تقویت کننده کبالت درزمینه لحیم بعد از۳ پاس ARB بود. همچنین، با افزایش درصد کبالت اندازه ترکیبات بین فلزی Cu۶Sn۵ در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی ازµmم۹ به µmم۵ در آلیاژ لحیم کامپوزیتی با ۱ درصد وزنی کبالت کاهش یافت. در ادامه با بررسی تغییرات شکل و اندازه دانه های β-Sn، وقوع و تسریع فرایند‌های ترمیمی (بازیابی و تبلور مجدد) با حضور ذرات تقویت کننده کبالت در زمینه لحیم نشان داده شد. بررسی‌های خواص مکانیکی ورق‌های تولید شده، افت ۲۰ درصدی استحکام مکانیکی اتصال بین لایه‌های ورق لحیم کامپوزتی را نشان داد. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان‌دهنده افزایش ۲۸ درصدی استحکام کششی و کاهش ۳۱ درصدی ازدیاد طول آلیاژ لحیم کامپوزیتی با ۱ درصد وزنی کبالت است. از طرفی نتایج آزمونDSC، تغییر ناچیز دمای ذوب ورق‌های آلیاژ لحیم کامپوزیتی را نشان داد.

در این پژوهش، اثر متغیرهای فرایند جوشکاری اصطکاکی تلاطمی (سرعت انتقالی ابزار در بازه‌ ۵۰ تا ۱۵۰ میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخشی ابزار در بازه‌ ۳۰۰ تا ۱۱۰۰ دور بر دقیقه) بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلومینیوم AA۵۰۵۲ به پلی‌پروپیلن PP-Z۳۰S مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری با میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی نشان داد ایجاد اتصال با تشکیل قفل‌های مکانیکی به شکل قطعات لنگر مانندی از جنس آلومینیوم همراه است. به‌علاوه مشاهده شد که کاهش حرارت ورودی (با افزایش سرعت خطی و یا کاهش سرعت چرخشی ابزار) موجب افزایش اندازه‌ این لنگرها می‌شود. نتایج آزمون کشش-برش نشان داد که افزایش سرعت انتقالی ابزار از ۵۰ به ۱۰۰ میلی‌متر بر دقیقه با افزایش اندازه‌ لنگرها موجب افزایش نیروی شکست (حدود %۱۰) می‌شود. اگرچه، افزایش بیشتر سرعت چرخشی، بدلیل ایجاد عیوب و حفرات در فصل مشترک اتصال، نیروی شکست را کاهش داد (از ۲۳۵ به ۱۸۱ نیوتن). افزایش سرعت چرخشی از ۳۰۰ تا ۹۰۰ دور بر دقیقه نیز با ایجاد لنگرهای عمود بر سطح پلیمر و با عمق نفوذ بیشتر، موجب افزایش استحکام اتصال (تا حدود %۷۰) شد.

در این پژوهش فولاد زنگ‌نزن ۳۱۶L و سرمت WC-۱۰Co توسط روش اتصال فاز مایع گذرا با استفاده از لایه میانی BNi-۲ در دو ضخامت ۲۵ و ۵۰ میکرومتر به یکدیگر متصل شدند. فرایند اتصال نمونه‌ها در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد و در زمان‌های نگهداری ۱، ۱۵ و ۳۰ دقیقه انجام شد. پس از انجام عملیات اتصال ریزساختار اتصالات ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز تفکیک انرژی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های ریزسختی سنجی و تنش کششی-برشی نیز جهت مطالعه رفتار مکانیکی نمونه‌ها انجام گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که مکانیزم شکل‌گیری ناحیه انجمادی در تمامی نمونه‌ها، مکانیزم انجماد همدما بوده و در اثر انجام اتصال یک ناحیه انجمادی همدما ایجاد می‌شود. همچنین تنها فاز موجود در منطقه انجمادی هم دما محلول جامد پایه نیکلی بود. در منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده پایه فولادی فارغ از ضخامت لایه میانی بورایدهای کمپلکس و در منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده WC-Co فاز ترد و شکننده اتا ایجاد شد. بررسی ریزسختی نمونه‌ها نشان داد که حداکثر سختی در تمامی نمونه‌ها متعلق به ماده پایه WC-Co و در حدود ۱۱۰۰ ویکرز بوده که دلیل آن وجود ذرات سخت WC بود. همچنین حداکثر استحکام کششی-برشی حدود ۲۴۰ مگاپاسکال و متعلق به نمونه متصل شده در زمان ۱۵ دقیقه با استفاده از لایه میانی با ضخامت ۵۰ میکرومتر بود.

در این مطالعه، تشکیل ترکیبات بین‌فلزی Fe_۳Al و Fe,Cr_۳)Al ) و تأثیر کروم بر ریزساختار و خواص مکانیکی روکش دوتایی Fe-Al از جمله سختی و مقاومت در برابر سایش، مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا پودرهای آهن و آلومینیوم در مرحله اول بدون پودر کروم و در مرحله دوم با افزودن پودر کروم در آسیاب سیاره‌ای با انرژی بالا مخلوط و ترکیبات بین‌فلزی Fe_۳Al و Fe,Cr_۳)Al ) سنتز شدند. پودرهای از پیش قرار داده شده بر سطح فولاد CK۴۵ با استفاده از فرایند جوشکاری قوس تنگستن گاز، روکش‌کاری شدند. ریزساختار، فازهای تشکیل شده و خواص لایه‌های روکش ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز پراش پرتو ایکس، سختی‌سنجی میکرو و ماکرو، طیف‌سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس و آزمایش سایش پین روی دیسک در سه دمای ۲۵، ۲۰۰ و ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد بررسی شدند. نتایج نشان داد که ریزساختار روکش دوتایی Fe-Al شامل دندریت‌های Fe_۳Al با رشد غیراپیتاکسیال است. این رشد غیراپیتکسیال نتیجه تفاوت ترکیب شیمیایی پوشش و زیرلایه در فصل مشترک پوشش و زیرلایه است که باعث شکل‌گیری کریستال‌های جدید در فصل مشترک شده است. این درحالی است که ریزساختار روکش سه‌تایی Fe-Al-Cr شامل تیغه‌های مارتنزیتی درون زمینه Fe,Cr_۳)Al ) می‌باشد. نتایج آزمایش‌های سختی نشان داد که سختی روکش سه‌تایی دو برابر روکش دوتایی (به‌ترتیب۳۰ و ۶۰راکول‌سی برای روکش‌‌های دوتایی و سه‌تایی) است. همچنین مشخص شد که حضور عنصر کروم در روکش Fe-Al مقاومت در برابر سایش لایه‌های رسوبی را بهبود می‌بخشد. مکانیسم سایش غالب در پین Fe_۳Al سایش چسبان بود، در حالی‌که برای پین Fe,Cr_۳)Al ) علاوه بر سایش چسبان، سایش خراشان ریزشخم نیز مشاهده شد. میزان کاهش وزن هر دو پین در دمای محیط حداکثر و در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد حداقل بود.

در این پژوهش، تأثیر پودر نیکل به عنوان لایه واسط و عمق نفوذ ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات لب‌روی‌هم ورق آلومینیم ۱۰۵۰ (ورق فوقانی) و مس خالص (ورق تحتانی) هر دو به ضخامت ۲ میلیمتر بررسی شده است. جهت اضافه نمودن پودر نیکل از یک شیار تراشیده شده به عرض و عمق ۱ میلیمتر در کف ورق آلومینیم استفاده گردید. جوشکاری همزن اصطکاکی لب‌روی‌هم با استفاده از ابزار فولاد گرم‌کار با قطر شانه، قطر و ارتفاع پین به ترتیب برابر با ۱۶، ۴ و ۱/۲ میلیمتر، سرعت چرخش ابزار ۹۵۰ دور بر دقیقه، سرعت پیشروی ابزار ۸۵ میلیمتر بر دقیقه، زاویه ابزار ۲ درجه و عمق نفوذ ابزار متفاوت برابر با صفر، ۰۵/۰ و ۱/۰ میلیمتر انجام شد. نتایج نشان داد که در نمونه‌ای با عمق نفوذ صفر، به دلیل عدم تولید حرارت کافی و تغییرشکل پلاستیک مناسب و متعاقب آن ایجاد عیوبی مانند نقص‌های تونلی اتفاق افتاد. با افزایش عمق نفوذ ابزار به ۰۵/۰ میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی Al۳Ni۲، Al۷Cu۴Ni و Cu۳,۸Ni به صورت یکنواخت و نازک در ناحیه فصل مشترک تشکیل شده و منجر به بهبود کیفیت اتصال و افزایش استحکام کششی تا ۲/۱۸۵ مگاپاسکال و کرنش شکست ۷/۸ درصد شد. در نمونه‌ای با عمق نفوذ ۱/۰ میلیمتر، ترکیبات بین‌فلزی ضخیم‌تر تشکیل شدند که با وجود افزایش سختی موضعی، منجر به کاهش استحکام کششی و کرنش شکست به ترتیب به ۶/۱۳۶ مگاپاسکال و ۷/۶ درصد گردید. این مطالعه نشان می‌دهد که در شرایط تهیه نمونه‌های جوشکاری در تحقیق حاضر، عمق نفوذ ۰۵/۰ میلیمتر بهینه‌ترین شرایط را برای جوشکاری همزن اصطکاکی لب روی هم آلومینیم-مس در حضور پودر نیکل فراهم می‌کند.

در این تحقیق اثر حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال دو فولاد نامشابهD۶AC  و VCN ۲۰۰ بررسی شد. بدین منظور نمونه‌ها با شدت جریان‌های ۱۳۰، ۱۴۵ و ۱۶۰ آمپر با فرایند GTAW و با استفاده از سیم جوش ER۱۲۰ SG با قطر ۴/۲mm جوشکاری شدند. نتایج متالوگرافی نشان داد ریزساختار فلزجوش شامل فازهای مارتنزیت و فریت سوزنی بود که با افزایش حرارت ورودی کسر حجمی فریت از ۵ به %۳۲ افزایش و مورفولورژی فریت از سوزنی به فریت چند وجهی بدلیل کاهش نرخ سرمایش تغییر یافته است. منطقه HAZ دارای ریزساختار بینیت، مارتنزیت و فریت بود. بیشترین مقدار استحکام در نمونه جوشکاری شده با حرارت ورودی کم بدست آمد. با افزایش حرارت ورودی استحکام کششی از ۱۱۵۴ بهMPa م۹۶۵ کاهش یافته است. همچنین با افزایش حرارت ورودی، انرژی ضربه در منطقه‌جوش بدلیل افزایش فازهای پایدار افزایش، و در منطقه HAZ  بدلیل رشد دانه‌های آستنیت اولیه و کاهش اثر قفل‌شوندگی مرز دانه‌ها کاهش یافته است. نتایج حاصل از شکست‌نگاری نشان داد شکست در منطقه جوش با حرارت ورودی کم، شکست ترد، و در منطقه HAZ ترکیبی از شکست نرم و ترد اتفاق افتاده است. با افزایش حرارت وردی در منطقه جوش شکست کاملا نرم و در منطقه HAZ شکست ترد بدلیل رشد دانه رخ داده است.

در این پژوهش، کامپوزیت مس-نقره-کاربید سیلیسیم با استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی ساخته شد. ذرات تقویت کننده SiC در ابعاد نانو و میکرو استفاده شدند. به منظور ارزیابی خواص ریزساختاری از آنالیز پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری استفاده شد. ارزیابی خواص مکانیکی از طریق میکروسختی سنجی، آزمایش کشش و از آزمایش پین بر روی دیسک برای ارزیابی رفتار سایشی کامپوزیت استفاده شد. نتایج آنالیز اشعه ایکس حضور دو فاز زمینه محلول جامد CuAg به همراه ذرات SiC را آشکار کرد که نشان‌دهنده تشکیل کامپوزیت Cu-Ag-SiC بود. این موضوع حاکی از کاهش اندازه دانه زمینه CuAg بود. استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی FSP در حضور ذرات تقویت کننده و بدون آن منجر به کاهش اندازه بلورک و میانگین اندازه دانه نسبت به نمونه بدون FSP شد. به طوری‌که اندازه دانه نمونه بدون FSP و نمونه FSP شده بدون ذرات تقویت کننده و با ذرات تقویت کننده نانو به ترتیب در حدود۳/۴۶، ۲/۱۹ و ۶/۳ میکرومتر بدست آمد. کاهش اندازه دانه، ریزتر شدن ذرات تقویت کننده کاربید سیلیسیم از میکرو به نانو و افزایش کسرحجمی ذرات تقویت‌کننده بیشترین تاثیرات را بر میزان سختی گذاشتند به نحوی‌که استفاده از ذرات میکرو در کسر حجمی بیشتر، سختی به بالاترین مقدار خود یعنی ۱۲۳ ویکرز رسید. سایش در نمونه قبل از FSP به علت ماهیت نرم بودن آن از نوع سایش چسبان و بعد از FSP در نمونه بدون ذرات تقویت کننده سایش چسبان کاهش پیدا کرد و در اثر افزودن ذرات تقویت کننده میکرو و نانومتری کاربید سیلیسیم به طور کلی مکانیزم سایش به خراشان تغییر پیدا کرد. به عنوان یک نتیجه کلی می‌توان بیان نمود که استفاده از ذرات تقویت کننده نانومتری کاربید سیلیسیم بوسیله فرایند اصطکاکی هم زدنی منجر به تولید کامپوزیت  Cu-Ag-SiC با خواص مکانیکی بالا می‌شود.

در پژوهش حاضر به بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار ورق‌های فولاد زنگ نزن گرید L۳۱۶ جوش داده شده به روش جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای با استفاده از لایه واسط مس پرداخته شد. در همین راستا دو حالت، یکی بدون استفاده از لایه واسط و دیگری با استفاده از لایه واسط مس در جریان‌های مختلف اتصال داده شدند. به منظور انتخاب جریان بهینه برای هر دو نوع اتصال ابتدا آزمون کشش انجام شد. پس از آن بررسی‌های ریزساختاری، ارزیابی‌های ریزسختی، توزیع عنصری و حالت شکست بر روی نمونه‌های بهینه انجام شد. بنابر نتایج بدست آمده با افزایش جریان الکتریکی حرارت ورودی در حوضچه جوش تا حد مناسبی بالا رفته و خواص مکانیکی با ریزتر شدن دانه‌های ناحیه جوش بهبود یافته است. همچنین بدلیل بهینه بودن جریان الکتریکی در هر دو نمونه "با و بدون" لایه واسط، هر دو نمونه دچار شکست محیطی شدند که نشان از استحکام بالای فصل مشترک و نقطه جوش آن‌ها دارد. تغییرات ترکیب شیمیایی در نواحی مختلف جوش ناچیز بوده و توزیع عناصر در تمامی نواحی یکنواخت گزارش شد. همچنین بیشترین سختی با حرکت از سمت فلز پایه به سمت مرکز جوش به فلز جوش اختصاص داشت و سپس به ترتیب فلز پایه و ناحیه متاثر از حرارت قرار داشتند. با نتایج بدست آمده از بررسی‌های ریزساختاری نیز مطابقت داشت.

امروزه در دنیا به منظور دستیابی هم‌زمان به خواص چند آلیاژ متفاوت در کاربردهای مهم نظیر خودروسازی و دریایی، استفاده از روش روکش‌کاری سطح مرسوم است. پوشش‌دهی به روش جوشکاری (روکش‌کاری) یکی ازروش‌های پراستفاده در اصلاح سطح قطعات و ورق‌های فلزی در صنعت است. فولاد کم‌آلیاژ  AH۳۶ یک از فولادهای مورد استفاده در صنعت کشتی‌سازی به شمار می‌رود که به جهت چقرمگی و مقاومت به خوردگی خوب، شهرت فراوانی در بین سایر فولادهای مورد استفاده در این صنعت پیدا کرده است. در این تحقیق به‌منظور بهبود خواص خوردگی این فولاد، فرایند روکش‌کاری به روش جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ با استفاده از سیم‌جوش از جنس مس/نیکل انجام شد. سپس دو نمونه از قسمت‌های با و بدون روکش تحت عنوان فلزپایه و فلزجوش تهیه شده و مورد بررسی‌های ریزساختاری و خوردگی قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از افزایش اندازه دانه در منطقه متأثر از حرارت نمونه  فلزجوش و به دنبال آن کاهش خواص مکانیکی بود. آزمون پلاریزاسیون سیکلی نشان داد که فلز پایه حساسیت بالاتری به خوردگی حفره‌ای نسبت به فلز جوش دارد. همچنین، فلزجوش تمایل بالاتری برای ترمیم مجدد حفرات از خود نشان داد. نتایج آزمون امپدانس الکتروشیمیایی الکتروشیمیایی نشان داد که نمونه فلزپایه و فلزجوش مدار معادل تک حلقه‌ای دارند. قطر حلقه نایکوییست بزرگتر فلزپایه نسبت به فلزجوش نشان‌دهنده رفتار بهتر خوردگی یکنواخت فلزپایه نسبت به فلزجوش بود.

روش‌های ساخت افزودنی شاهد پیشرفت‌های زیادی در سال‌های اخیر بوده است ولی پژوهش کافی برای اتصال این قطعات با آلیاژهای مرسوم انجام نشده است. مطالعه حاضر برای ارزیابی اتصال بین فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۱۶L و آلیاژ Ti-۶۲۴۲ ساخته شده به روش ذوب پرتوی الکترونی، با استفاده از روش فاز مایع گذرا، انجام شد. اتصال فاز مایع گذرا با استفاده از لایه میانی مس و فراوری در کوره خلاء انجام، و تاثیر زمان فرایند و زبری سطح بر کیفیت اتصال بررسی شد. برای مشخصه‌یابی نمونه‌ها از بررسی‌های ریزساختار نوری و الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس، استحکام برشی و زبری‌سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که با کاهش زبری سطح، استحکام برشی افزایش می‌یابد. همچنین مدت زمان فرایند، تأثیر قابل‌توجهی بر نفوذ عناصر، تشکیل ترکیبات بین‌فلزی مانند FeTi و TiCu و استحکام برشی اتصالات داشت. بالاترین استحکام برشی اتصال برابر با ۲۰۰ مگاپاسکال و در شرایط آماده‌سازی سطح سنباده‌زنی و پولیش شده و اتصال در دما و زمان ۹۸۰ درجه سانتی‌گراد و ۱۲۰ دقیقه به دست آمد.

فولادهای ساده کربنی با توجه به ارزان بودن آن‌ها کاربردهای مختلفی در صنعت دارند ولی خواص مکانیکی و مقاومت سایشی مطلوبی ندارند. اعمال پوشش‌های سخت و مقاوم به سایش کارایی و حوضه کاربرد آن‌ها را افزایش می‌دهد. پوشش کلمونوی۶ (Colmonoy۶) از جنس سوپر آلیاژهای پایه نیکل می‌باشد که باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش، فرسایش و خوردگی سطح می‌شود. هدف این پژوهش بررسی خواص سایشی روکش سخت و مقاوم به سایش کلمونوی۶ بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی می‌باشد. در این تحقیق روکش کلمونوی۶با استفاده از فرایند جوشکاری به دو روش قوس انتقالی پلاسما وقوس تنگستن و در شرایط یکسان انجام شد. خصوصیات ریزساختاری و رفتار سایشی نمونه‌ها در دماهای مختلف باهم مقایسه شدند. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، و آنالیزهای فازی توسط آنالیز پراش پرتو ایکس صورت گرفت. آزمون سایش پین بر روی دیسک در سه دمای ۲۵، ۳۰۰ و ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و با استفاده از پین سرامیکی آلومینایی انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری روکش، تشکیل محلول جامد غنی از نیکل دندریتی، وترکیبات بورایدی و کاربیدی بین دندریتی در روکش‌ها که موجب افزایش سختی و بهبود مقاومت سایشی می‌شوند را تایید کردند. نتایج نشان داد که در هر دو روش روکش‌کاری، مکانیزم سایش در دمای اتاق از نوع سایش خراشان ملایم، در حالی‌که در دمای ۶۰۰ درجه، مکانیزم سایش از نوع تغییر شکل پلاستیکی است که بترتیب دارای عمق شیار سایشی در حدود ۳۵-۳۳ میکرون، و ۵۵-۵۰ میکرون می باشند. در هر دو روش، سختی روکش تقریبا عدد ۶۰۰ ویکرز را نشان داد که افزایش چند برابری نسبت به زیرلایه دارد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که عواملی به غیر از سختی در تعیین رفتار سایشی نقش بازی می‌کنند که از آن جمله می‌توان به پایداری ریزساختاری و توزیع فازها در دمای بالا اشاره کرد.

سوپرآلیاژ پایه نیکل IN۷۳۸LC به طور گسترده در صنایع نیروگاهی و ساخت پره توربین گاز مورد استفاده قرار می‏گیرد. مکانیزم اصلی استحکام‏دهی این آلیاژ رسوب سختی ناشی از رسوبات γ '  است. این رسوبات نقش مهمی در تعیین خواص مکانیکی این آلیاژ دارند و تحت عملیات حرارتی، میزان و مورفولوژی آن‌ها دچار تغییر می‏شود. در این پژوهش، جهت بررسی نحوه تکامل رسوبات γ '  حین عملیات حرارتی، تعدادی نمونه‏‌های آنیل محلولی شده، تحت عملیات حرارتی قوسی قرار گرفتند. در این عملیات حرارتی با استفاده از اعمال حرارت ناشی از قوس ساکن، محدوده دمایی از دمای محیط تا بالای نقطه ذوب در نمونه ایجاد می‌شود. با استفاده از این فرایند، نمونه‏‌هایی با شدت جریان‌های ۱۰۰ آمپر به مدت ‌زمان ۱ و ۲ و ۱۵ دقیقه عملیات حرارتی شدند. برای بررسی‌های تجربی و ریاضی از میکروسکوپ الکترونی، پردازش تصویر و مدل انتقال حرارت گذرا با تقارن محوری استفاده شد. در ادامه با استفاده هم‌زمان از نتایج تجربی و عددی، یک مدل ریاضی برای سینتیک انحلال رسوبات γ ' در منطقه متأثر از حرارت این جوش‌ها ارائه شد. نتایج میکروسکوپ الکترونی نشان دادند که میزان انحلال و شکل رسوبات γ '  به شدت تحت تأثیر فاصله از منبع حرارتی است. میزان انرژی اکتیواسیون انحلال رسوبات γ '  با افزایش زمان، افزایشی بوده و مقدار آن نیز بین ۴۰ تا ۸۰ کیلوژول بر مول به دست آمد.