بخشی از مقاله
چکیده
با وجود خواص ویژه تنگستن ﻧﻈﯿﺮ نقطه ذوب و چگالی بالا، ساخت قطعات تمام تنگستنی با شکل پیچیده، مشکل و پرهزینه است. از این رو اتصال تنگستن با دیگر فلزات و ساخت بیمتالها بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست. به عنوان مثال قطعات تنگستن/فولاد جایگزین مناسبی براي ساختارهاي تمام تنگستنی معرفی شدهاند. از مهمترین روشهاي اتصال تنگستن فولاد میتوان به اتصال نفوذي اشاره کرد. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر میزان تغییر شکل سرد میان لایه نیکلی بر خواص مکانیکی و ساختاري اتصال نفوذي تنگستن/فولاد توسط میکروسکوپ نوري - OM - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و آزمون کشش است.
نتایج آزمون کشش نشان داد که میان لایه نیکلی موجب افزایش استحکام اتصال میشود و همچنین با افزایش میزان کار سرد میان لایه نیکلی ، عمق منطقه نفوذي و همچنین استحکام اتصال افزایش مییابد، که علت آن بهبود شرایط نفوذ اتمی در اثر کار سرد است. به گونهاي که حداکثر استحکام کششی براي اتصال بدون میان لایه حدود 165 MPa و براي نمونه با میان لایه نیکلی نورد نشده 300 MPa و براي نمونه با میان لایه نیکلی %50 نورد شده 340 MPa میباشد.
مقدمه
براي حل مشکلات جوش ذوبی - جذب گاز، ترك در منطقه جوش و... - میتوان از روشهاي جوشکاري حالت جامد که فاقد هرگونه مذاب در موضع اتصال میباشند، استفاده کرد. از مزایاي این روشها میتوان به کمتر بودن میزان تنش هاي حرارتی و پسماند در موضع اتصال نسبت به روشهاي ذوبی، به دلیل دماهاي پایین فرایند و عدم وجود انبساط و انقباض ناشی از ذوب و انجماد، اشاره داشت. اتصال نفوذي1 یکی از فرایندهاي جوشکاري حالت جامد است که توسط اعمال فشار در دماي بالا بدون تغییر شکل پلاستیک ماکروسکوپی انجام میشود. نفوذ فلزات در یکدیگر باعث ایجاد اتصال در این روش میشود. گاهی اوقات از فلز پر کننده نیز بین سطوح جوشکاري استفاده میشود .
اتصال نفوذي یکی از روشهاي مهم در اتصال حالت جامد است که براي اتصال فلزات غیر مشابه استفاده می شودمعمولاً. از یک لایه واسطه به دلیل عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی دو ماده استفاده میشود. از مهمترین پارامترهاي موثر در این روش اتصال میتوان به دما، فشار و زمان نگهداري اشاره کرد. که بسیاري تحقیقات به این سمت جهتگیري شدهاند .
ایرو وانگ2 و همکاران [3] در سال 2006 تاثیر زبري سطح را بر اتصال نفوذي مس مس مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق چهار نوع از زبري سطوح با پارامترهاي سطحی توسط تغییر سرعت برش و تغذیه ابزار، آماده شدند. طبق نتایج تحقیقات، استحکام کششی اتصال با کاهش زبري سطح سطوح اولیه افزایش مییابد.
ژي هونگ ژونگ3 و همکاران [4] در سال 2010 تاثیر دماي اتصال را بر ریز ساختار و استحکام اتصالات فولاد فریتی/تنگستن که توسط اتصال نفوذي با یک لایه میانی نیکل اتصال یافتهاند را مورد بررسی قرار دادند و اعلام داشتند که در فصل مشترك نیکل تنگستن، محلول جامد Ni - W - با سختی و استحکام بیشتر از نیکل تشکیل میشود که خواص مکانیکی خوبی در محل اتصال برقرار میکند .
در تحقیق دیگري ژي هونگ ژونگ و همکاران [5] ریز ساختار و خواص مکانیکی اتصال نفوذي تنگستن فولاد را با استفاده از یک لایه میانی تیتانیومی مورد بررسی قرار دادند. استحکام زمانی که دماي اتصال از 8500C به 9000C افزایش مییابد، افزایش یافت. براي دماي اتصال کمتر از 8500C، عرض ناحیه نفوذ کوچک است و مقدار نقص باقی مانده تغییر شکل فصل مشترك به اندازه نفوذ اجزا شیمیایی در دو طرف فصل مشترك محدود میشود. در نتیجه سطوح جفت شده تماسی ندارند و استحکام کمی ایجاد شدهاست.
بالعکس براي دماي اتصال 9000C، بهبود تغییر شکل پلاستیک کیفیت اتصال سطوح جفت شده را افزایش میدهد. در واقع مقدار نفوذ اجزاي شیمیایی در یکدیگر در دماهاي بالاتر، بهطور قابل توجهی افزایش مییابد. بنابراین استحکام برشی بهبود یافته و حداکثر مقدار آن براي اتصال در دماي 9000C به دست آمدهاست
باسوکی1 و همکارانش در سال [6] 2011 اتصال نفوذي تنگستن فولاد EUROFER97 را با استفاده از لایه میانی نایوبیوم مورد بررسی قرار دادند. بررسیهاي ریزسختی سنجی نشان داد کهیک لایه واکنشی ترد و سخت شامل کاربید نیوبیم در فصل مشترك بین فولاد EUROFER97 و نایوبیوم ایجاد شدهاست. نمونههاي اتصال یافته توانستند یک استحکام کششی بالا را به خصوص در دماي 5500C تحمل کنند
در سال 2014 کینگ شان کاي2 و همکاران [7] ریزساختار، تنشهاي پسماند و خواص مکانیکی اتصال نفوذي تنگستن فولاد را با استفاده از یک ترکیب V/Cu بهعنوان لایه میانی مورد بررسی قرار دادند. مواد آماده شده که به صورت W/V/Cu/steel روي هم قرار داده شدند، در محفظه اتصال قرار گرفته و اتصال نفوذي تحت دماي 10500C براي 1 ساعت تحت فشار 10 مگاپاسکال در خلا انجام شده است.
نتایج این بررسیها نشان داد که استفاده از لایه میانی ترکیبی V/Cu براي اتصال نفوذي تنگستن به فولاد موفقیتآمیز بود. فصل مشترك W/V/Cu/steel عاري از ترکیبات بین فلزي و دیگر فازهاي ترد بود و استحکام بالایی در فصل مشتركهاي W/V، V/Cu و Cu/steel مشاهده شد
در این تحقیق اتصال نفوذي فولاد ساده کربنی تنگستن با میان لایه نیکل خالص تجاري انجام شد، و هدف بررسی تاثیر میزان کرنش میان لایه بر خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصال فولاد تنگستن میباشد. در واقع ورقهاي نیکلی نورد شده با کرنشهاي مختلف - و در نتیجه کارسختی و چگالی نابجایی متفاوت - به عنوان میان لایه انتخاب شدهاند.
مواد و روشها
اتصال نفوذي
مفتولهاي تنگستن و فولاد ساده کربنی ST37 به قطر 4 میلیمتر و طول 1/4 سانتیمتر برش داده شده و دو سر مفتولها - محل اتصال - با سنباده 1200 صیقل شدند. سپس برش و آمادهسازي ورق نازك از نیکل خالص تجاري به عنوان میان لایه به ضخامت اولیه 0/30 میلیمتر صورت گرفت. سپس ورق نیکلی، تا ضخامتهاي 0/30 و 0/20 و 0/15 میلیمتر - کرنشهاي حدود 0، 33 و 50 درصد - توسط دستگاه نورد - روبوفیل- - SI4020 نورد سرد شده و کاهش ضخامت داده شدند، تا تاثیر میزان کرنش یا در واقع ضخامت میان لایه بر خواص متالورژیکی و مکانیکی اتصال فولاد تنگستن بررسی گردد.
