مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی جوش اصطکاکی غیرهم‌جنس فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی 410 به فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 304

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه متالورژی و مواد، دانشکده مهندسی مواد و فناوری‌های نوین، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
چکیده
با توجه به نیاز صنعت برای اتصال فلزات غیرهم‌جنس و عدم جوش‌پذیری آنها به هم در روش‌های معمول، فرآیند جوشکاری اصطکاکی می‌تواند کاربرد مناسبی داشته باشد. در این تحقیق جوشکاری اصطکاکی غیرهم‌جنس فولاد زنگ‌نزن آستنیتی۳۰۴ به فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی۴۱۰ با پارامتر‌های ثابت سرعت دوران (۸۵۰دور بر دقیقه) و زمان فورج (۶۰ثانیه) و پارامتر‌های متغیر زمان اصطکاک (۴۰، ۵۰ و ۶۰ثانیه) و نیروی اصطکاک (۹۰، ۱۰۰ و ۱۲۰کیلونیوتن) و نیروی فورج (۱۳۰، ۱۵۰ و ۱۸۰کیلونیوتن) بررسی ‌شده است. مطالعات میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی و همچنین آنالیز عنصری روی جوش‌ها انجام شد. سلامتی و بی‌عیب‌بودن جوش‌ها توسط آزمایش کشش و میکروسختی بررسی ‌شده و سطوح شکست هم مورد بررسی قرار گرفتند. ساختار نمونه‌ها شامل مارتنزیت‌های سوزنی و خشن در فولاد زنگ‌نزن ۴۱۰ و دانه‌های کشیده در فولاد زنگ‌نزن ۳۰۴ در فصل مشترک اتصال بودند که با طراحی یک عملیات حرارتی تمپر به‌صورت موضعی، مارتنزیت‌های خشن به مارتنزیت‌های لایه‌ای تغییر پیدا کردند. نتایج نشان داد که استحکام کششی نمونه‌ها در محدوده ۵۲۰ - ۴۰۰مگاپاسکال بود و شکست ترد مشاهده شد. نتایج سختی‌سنجی نشان داد که بالاترین سختی در فولاد زنگ‌نزن ۴۱۰ در منطقه متاثر از حرارت و نزدیک به فصل مشترک ایجاد می‌شود. استحکام کششی مطلوب ۷۵۱مگاپاسکال با انتخاب پارامترهای بهینه زمان اصطکاک ۵۰ثانیه، نیروی اصطکاک ۱۲۰کیلونیوتن و نیروی فورج ۱۸۰کیلونیوتن و انجام عملیات حرارتی تمپر در موضع جوش پس از جوشکاری به دست آمد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Study of Microstructure and Mechanical Properties of Dissimilar Friction Welded Martensitic Stainless Steel 410 to Austenitic Stainless Steel 304

نویسندگان English

A.A. Vaezi
H. Jafari
Materials Engineering-Industrial Metallurgy Department, Materials Engineering & New Technologies Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده English

With regard to the industry demand for welding dissimilar metals, which are not possible to be welded by conventional welding, friction welding process can be a proper approach. In this study, friction welding of two stainless steels, martensitic 410 to austenitic 304, with variable parameters of friction time (40, 50, and 40 s), friction force (90, 100, and 120 kN), and forging force (130, 150, and 180 kN), under the constant rotating speed (850 RPM) and forge time (60 s), was investigated. Microscopic characterization using optical and scanning electron microscopes, and elemental analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy were carried out on the welds. Soundness of the weld joints was evaluated using tensile and microhardness tests. Fracture surfaces of the tensile specimens were examined as well. The structure of the welded samples composed of acicular and rough martensite and elongated grains adjacent to 410 and 304 stainless steels, respectively. Tempering heat treatment locally caused converting rough martensite to lath martensite. The results showed that the tensile strength of the samples was in the range of 400-520 MPa, and the fractography revealed the occurrence of a brittle fracture. Microhardness measurement revealed that the highest hardness value was obtained in 410 stainless steel, at the heat-affected zone close to the interface. An appropriate friction weld joint with a tensile strength of 751 MPa was obtained after heat treatment of the weld location, and with the aid of selecting optimal parameters of 50 s friction time, 120 kN friction force, 180 kN forging force.



کلیدواژه‌ها English

Friction Welding
stainless steel
Microstructure
Dissimilar joint
Tensile strength
Won S, Seo B, Park JM, Kim HK, Song KH, Min SH, et al. Corrosion behaviors of friction welded dissimilar aluminum alloys. Materials Characterization. 2018;144:652-660. [Link] [DOI:10.1016/j.matchar.2018.08.014]
Bühr C, Colegrove PA, Mc Andrew AR. A computationally efficient thermal modelling approach of the linear friction welding process. Journal of Materials Processing Technology. 2018;252:849-858. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2017.09.013]
Bertrand S, Shahriari D, Jahazi M, Champliaud H. Linear friction welding process simulation of Ti-6Al-4V alloy: A heat transfer analysis of the conditioning phase. Procedia Manufacturing. 2018;15:1382-1390. [Link] [DOI:10.1016/j.promfg.2018.07.344]
Chennakesava Reddy A. Evaluation of parametric significance in friction welding process of AA1100 and Zr705 alloy using finite element analysis. Materials Today Proceedings. 2017;4(2 Pt A):2624-2631. [Link] [DOI:10.1016/j.matpr.2017.02.136]
Vairis A, Papazafeiropoulos G, Tsainis AM. A comparison between friction stir welding, linear friction welding and rotary friction welding. Advances in Manufacturing. 2016;4(4):296-304. [Link] [DOI:10.1007/s40436-016-0163-4]
Shanjeevi C, Satish Kumar S, Sathiya P. Evaluation of mechanical and metallurgical properties of dissimilar materials by friction welding. Procedia Engineering. 2013;64:1514-1523. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2013.09.233]
Pavethan R, Lakshminarayanan PR, Balasubramanian V. Optimization of friction welding process parameters for joining carbon steel and stainless steel. Journal of Iron and Steel Research International. 2012;19(1):66-71. [Link] [DOI:10.1016/S1006-706X(12)60049-1]
Moslemi N, Redzuan N, Ahmad N, Hor TN. Effect of current on characteristic for 316 stainless steel welded joint including microstructure and mechanical properties. Procedia CIRP. 2015;26:560-564. [Link] [DOI:10.1016/j.procir.2015.01.010]
Meshram MP, Kodli BK, Dey SR. Friction stir welding of austenitic stainless steel by PCBN tool and its joint analyses. Procedia Materials Science. 2014;6:135-139. [Link] [DOI:10.1016/j.mspro.2014.07.016]
Satyanarayana VV, Madhusudhan Reddy G, Mohandas T. Dissimilar metal friction welding of austenitic-ferritic stainless steels. Journal of Materials Processing Technology. 2005;160(2):128-137. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2004.05.017]
Sahin M. Evaluation of the joint-interface properties of austenitic-stainless steels (AISI 304) joined by friction welding. Materials & Design. 2007;28(7):2244-2250. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2006.05.031]
Dey HC, Ashfaq M, Bhaduri AK, Prasad Rao K. Joining of titanium to 304L stainless steel by friction welding. Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(18-19):5862-5870. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2009.06.018]
Kumar R, Balasubramanian M. Experimental investigation of Ti-6Al-4V titanium alloy and 304L stainless steel friction welded with copper interlayer. Defence Technology. 2015;11(1):65-75. [Link] [DOI:10.1016/j.dt.2014.10.001]
Zohoor M, Seyed Amirkhani SM. Investigation of cross sectional geometry on temperature and properties of welded area in the rotational friction welding process for Al-7075-T6. Modares Mechanical Engineering. 2016;16(8):13-20. [Persian] [Link]
Meisnar M, Baker S, Bennett JM, Bernad A, Mostafa A, Resch S, et al. Microstructural characterisation of rotary friction welded AA6082 and Ti-6Al-4V dissimilar joints. Materials & Design. 2017;132:188-197. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2017.07.004]
Kimura M, Suzuki K, Kusaka M, Kaizu K. Effect of friction welding condition on joining phenomena and mechanical properties of friction welded joint between 6063 aluminium alloy and AISI 304 stainless steel. Journal of Manufacturing Processes. 2017;26:178-187. [Link] [DOI:10.1016/j.jmapro.2017.02.008]
Li P, Dong H, Xia Y, Hao X, Wang S, Pan L, et al. Inhomogeneous interface structure and mechanical properties of rotary friction welded TC4 titanium alloy/316L stainless steel joints. Journal of Manufacturing Processes. 2018;33:54-63. [Link] [DOI:10.1016/j.jmapro.2018.05.001]
Anitha P, Majumder MC, Saravanan V, Rajakumar S. Microstructural characterization and mechanical properties of friction-welded IN718 and SS410 dissimilar joint. Metallography Microstructure and Analysis. 2018;7(3):277-287. [Link] [DOI:10.1007/s13632-018-0447-0]
Mirzaee M, Momeni A, Aieni N, Keshmiri H. Effect of quenching and tempering on microstructure and mechanical properties of 410 and 410 Ni martensitic stainless steels. Journal of Materials Research. 2017;32(3):687-696. [Link] [DOI:10.1557/jmr.2016.485]
Özdemir N, Sarsılmaz F, Hasçalık A. Effect of rotational speed on the interface properties of friction-welded AISI 304L to 4340 steel. Materials & Design. 2007;28(1):301-307. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2005.06.011]
Sahin M. An investigation into joining of austenitic-stainless steels (AISI 304) with friction welding. Assembly Automation. 2005;25(2):140-145. [Link] [DOI:10.1108/01445150510590505]