عنوان پایان‌نامه
بررسی جوشکاری انفجاری کامپوزیت سه لایه
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 38974;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 684
- تاریخ دفاع
- ۰۳ مهر ۱۳۸۷
- دانشجو
- البرز فتحی یونسی
- استاد راهنما
- سیدعلی اصغر اکبری موسوی
- چکیده
- چکیده در این پژوهش به بررسی شبیه سازی فرآیند و متالورژی فصل مشترک های حاصل از جوشکاری انفجاری سه لایه کامپوزیت برنج 90Ms/ فولاد 14St / برنج 90Ms پرداخته شده است. اثر متغیرهایی مانند نسبت بار انفجاری (8/0، 1، 2/1 و 2) و همچنین فواصل توقف بالا و پایین (1 و 5/1 میلیمتر) و همچنین عملیات حرارتی تنش گیری بر روی هندسه و ریز ساختار، سختی موضع اتصال و استحکام برشی آن مورد بررسی قرار گرفت. شبیه سازی فرآیند توسط نرم افزار ABAQUS و با استفاده از معادلات Johnson-Cook برای رفتار مکانیکی مواد انجام شد. برای مدل کردن رفتار ماده منفجره با سرعت پایین از معادلات حالت Williamsburg استفاده شده است. پارامتر های فیزیکی از قبیل فشار، تنش برشی، کرنش پلاستیک و پارامتر های عملی مانند سرعت صفحه پرنده و زاویه دینامیکی برخورد برای همه نمونه ها به دست آمده اند. نتایج شبیه سازی نشان داد که این پارامتر های عملی در مقایسه با روابط موجود تطابق مناسبی دارند و همه نمونه ها در پنجره جوشکاری رسم شده قرار دارند. نتایج حاصل از مطالعات ریزساختاری نشان داد که با افزایش نسبت بارگذاری انفجاری و فاصله توقف، فصل مشترک اتصال، از حالت صاف به حالت موجی تبدیل شده و ادامه طول موج و دامنه امواج افزایش پیدا می کند. در این حال به تدریج مراکز انجمادی در فصل مشترک ها نمایان شده و رشد پیدا می کنند تا به صورت لایه پیوسته ای در فصل مشترک قرار می گیرند. بررسی های پراش پرتو ایکس نشان می دهد که علیرغم تشکیل فاز مذاب در فصل مشترک، ترکیب بین فلزی جدیدی به وجود نیامده است و فقط مذاب حاصله مخلوطی دو فازی از آهن و مس می باشد. در همه نمونه ها فصل مشترک های بالا از فصل مشترک های پایین حالت موجی بیشتری از خود نشان داد که نشان دهنده انرژی جنبشی بیشتری بوده است که در فصل مشترک های بالا صرف شده است. استحکام برشی فصل مشترک های اتصال با افزایش نسبت بار انفجاری ابتدا یک حد بیشینه از خود نشان می دهد و سپس افت پیدا می کند که علت این امر پدید آمدن فاز مذاب در فصل مشترک می باشد. اما همه نمونه ها استحکامی بالاتر از حد استاندارد از خود نشان دادند که نشان دهنده چقرمگی مناسب فاز مذاب می باشد. بررسی های سطوح شکست این موضوع را تایید می کند. عملیات حرارتی تنش گیری، تبلور مجدد در آلیاژ فولادی و آنیل کامل را در آلیاژ مسی به وجود آورد. با افزایش زمان عملیات حرارتی بر میزان استحاله افزوده و از سختی موضع اتصال کاسته شد. البته عملیات حرارتی تنش گیری، تاثیر زیادی بر روی مراکز انجمادی نداشت.
- Abstract
- Abstract Numerical analysis and metallurgical aspects of three-layer explosive welding of Ms90brass/St14 steel/ Ms90 brass were considered in this study. Effects of experimental parameters such as explosive ratios, stand-off distances and post weld heat treatment on the geometry and microstructure, hardness distributions and shear strength were investigated. ABAQUS software was used for simulation of explosive welding process. Johnson-Cook equations were used to describe the elastic-plastic-temperature behaviors of materials. To model the low-detonation speed explosive, Williamsburg equations of state were employed. Physical parameters such as pressure, shear stress, plastic strain, impact velocity and impact angle were achieved from the simulation results. Simulation results were validated by the experimental finding. The experiments were performed inside the welding window. Microstructural investigations showed that interface morphology was changed from smooth interface to the wavy one with explosive ratio and stand-off distance. Moreover, the study showed that the wave length and amplitude were increases with explosive ratio and stand-off distance. The molten packages and continuous cast layer were produced at the interface at a very high explosive load and stand-off distance. X-Ray diffraction graphs revealed that the new molten phase is a combination of ?-iron and ?-copper phases. All the upper interfaces were wavier than the lower ones. It shows that the kinetic energy consumed in the upper interfaces were higher than that produced at the lower interface. The study showed that the shear strength of the interfaces increases with explosive ratio. All the shear strengths were above the standard shear strength of the brass-steel composites. For the molten layer interfaces, the solid solution phase was formed and no intermetallic phase was produced. The shear strength of the molten layer interfaces were also more than the standard shear strength. SEM analysis of fracture surface shows the ductile fracture for all the interfaces including, straight, wavy and continuous melt interfaces. Stress relief heat treatment caused grain recrystalization in the steel side and fully annealing transformation in the brass alloy. Hardness values of interfaces reduced with heat treatment time. It is important to note that heat treatment had no effect on molten layer.
