عنوان پایاننامه
جوشکاری غیر همجنس آلیاژ حافظه دار نایتینول به آلیاژ
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1014;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57805
- تاریخ دفاع
- ۰۸ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی شجاعی زوارم
- استاد راهنما
- سیدعلی اصغر اکبری موسوی
- چکیده
- جوشکاری غیر همجنس با مشکلاتی از جمله: خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت مواد و تشکیل فازهای ترد بین فلزی در فلز جوش رو به رو است. از طرف دیگر تقاضا در صنایع مختلف برای اتصالات غیرهمجنس به علت کاهش چشم گیر هزینه ها و بهبود خواص نهایی روز به روز در حال گسترش است. آلیاژهای حافظه دار نیکل-تیتانیمی به دلایل خواص فوق العاده از جمله: خاصیت حافظه داری، خاصیت سوپرالاستیک و زیست سازگاری، در دو دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. اما آنچه ما را از دستیابی به این مجموعه خواص فوق العاده محروم می کند؛ قابلیت ماشین کاری ضعیف و مشکلات جوشکاری این آلیاژها است. مشکل اصلی جوشکاری همجنس و غیرهمجنس این آلیاژ تشکیل فازهای ترد بین فلزی خصوصا فاز ترد Ti¬2¬Ni است. هزینه های تولید و آماده سازی این آلیاژ بسیار بالاست لذا جوشکاری غیرهمجنس می تواند روش خوبی برای کاهش هزینه ها در تولید قطعاتی از این جنس باشد. در این تحقیق ابتدا جوشکاری همجنس نایتینول/نایتینول با استفاده متغیرهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در اتصال همجنس ابتدا ریزساختار و هندسه جوش با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی بررسی شده و با توجه به نتایج حاصله از آزمون کشش و همچنین آنالیز نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس سطح شکست نمونه ها مشخص شد: متغیرهای جوشکاری تاثیر زیادی بر میزان تشکیل فاز ترد بین فلزی Ti¬2¬Ni در فلز جوش که خواص مکانیکی اتصال را کنترل می کند، دارند. همچنین مشاهده شد: جوش های دو طرفه به علت حرارت ورودی کمتر و سرعت انجماد بالاتر تا حدودی از تشکیل فاز ترد Ti¬2¬Ni جلوگیری کرده و خواص مکانیکی اتصال را به صورت چشمگیری بهبود می دهند. اما وضعیت در جوشکاری غیرهمجنس NiTi/Ti6Al4V بدلیل فراهم آمدن عنصر تیتانیم اضافی در فلز جوش و فراهم آوردن شرایط استوکیومتری مساعدتر برای تشکیل فاز Ti¬2¬Ni در فلز جوش بسیار پیچیده تر می شود. به منظور کاهش تیتانیم در فلز جوش راه حل هایی از جمله افزایش سرعت انجماد، اعمال شیب، استفاده از لایه واسط از جنس مس به ضخامت 50 و 100 میکرون به کار گرفته شد. به کمک نتایج حاصل از تجزیه شیمیایی، تاثیر این راه کارها بر رقت تیتانیم وکاهش احتمال تشکیل فازهای ترد بین فلز بررسی شد. در میان این راه حل ها بهترین نتایج مربوط به استفاده از لایه واسط از جنس مس است. مشاهده شد: اولا استفاده از لایه واسط مسی بسیار مفید است زیرا مانع از تشکیل ترک در حوضچه مذاب می شود. ثانیا با بررسی نتایج آزمون کشش و الگوهای پراش پرتو ایکس مربوط به سطوح شکست نمونه های آزمون کشش مشاهده می شود: افزایش ضخامت لایه واسط از 50 به 100 میکرون منجر به تشکیل فازهای ترد بین فلزی غنی از مس نظیر Cu4Ti3 می شود، که باعث تخریب خواص مکانیکی اتصال و افت استحکام کششی اتصال می شود.
- Abstract
- Welding of dissimilar joints in recent years due to the inescapable role of this joints in reduction cost of raw materials and improve the design conditions is increasingly demanded. Different physical and chemical properties that lead to thermal mismatch such and brittle intermetallic phase’s formation between elements of base metals is a key challenge facing with dissimilar joints. In this study, first for optimize the parameters the effects of Nd:YAG pulsed laser welding parameters such as pulse duration, diameter of beam, welding speed, voltage and frequency on weld geometry, microstructure and mechanical properties of the as-jointed NiTi alloy plates were investigated. The study showed that changes in welding parameters had a great influence on the weld geometry and also mechanical properties of the joint. Under the circumstances in which the heat input was low, the amount of brittle intermetallic phase of Ti2Ni in the weld metal reduced and therefore low heat input led to increase the mechanical properties of the joint. Investigations on the fracture surfaces of the joints tensile test specimens showed that failure mechanism in specimens that were welded with high heat input parameters was transgranular and that changed to intergranular status with changing welding parameters to lower heat inputs. And then, Dissimilar welding of Ti6Al4V to Nitinol with using an intermediate layer of copper with different thicknesses of 50 and 100 microns were investigated. The main problem in welding of this dissimilar joint is the formation of Ti2Ni brittle phases in the weld metal. In this study, with using an interlayer of copper with various thickness tried the amount of this phase by dilution of Ti in The weld metal be minimized. Observed first, by use the copper interlayer of 50 micrometer properties of joint improved but with a further increase in interlayer thickness to 100 micrometer, due to formation Cu rich intermetallic phase and also shrinkage cavities joint properties partially damaged.