عنوان پایان‌نامه
توسعه زیر ساختار فولاد زنگ نزن ۳۰۴ توسط برد تجمعی و استحاله فازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-شکل‌دادن فلزات
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1137;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65526
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- حمیدرضا اکرمی فرد
- استاد راهنما
- محمد حبیبی پارسا, حامد میرزاده سلطان پور
- چکیده
- ورق هایی از جنس آلومینیوم خالص تجاری و فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 ال پس از آماده سازی سطحی به روی یکدیگر قرارگرفتند تا از طریق فرایند اتصال سرد با نورد و با کرنش معادل 8/0، ورقهای کامپوزیتی Al/304L/Al حاصل شوند. فرآیند نورد سرد به منظور اتصال ورقها در دمای محیط ( °C23) وC ° 100 انجام شد تا در هسته ی ورق کامپوزیتی، یعنی فولاد 304 ال به ترتیب ساختارهای آستنیتی - مارتنزیتی و آستنیتی کامل شکل بگیرد. نتایج حاصل از آزمون پوست کندن نشان داد که آستانه کاهش در ضخامت مورد نیاز برای فراهم آوردن یک پیوند در دمای اتاق زیر 10% است که به میزان قابل توجهی نسبت به آستانه کاهش در ضخامت مورد نیاز جهت اتصال آلومینیوم به آلومینیوم کمتر میباشد. پاره شدن روکش آلومینیومی در حین آزمون پوست کندن، در ورق های کامپوزیتی که تنها با 38% کاهش در ضخامت به هم جوش خورده بودند، حاکی از برابر بودن استحکام پیوند ورق کامپوزیتی با استحکام آلومینیوم بود که این امر یک مزیت عمده در توسعه این ورق های کامپوزیتی قلمداد میشود. اکستروژن آلومینیوم از طریق ترک های سطحی و نشستن درون دره های سطحی فولاد به دلیل تمایل شدید این دو فلز در اتصال به یکدیگر و جوش-پذیری مناسب آن¬ها و نیز تفاوت در تنش تسلیم آنها به عنوان مکانیزم اتصال این دسته از ورق-های کامپوزیتی ارائه شد. مشاهده جزایر آلومینیوم در سطح فولاد و عدم مشاهده فولاد در سطح آلومینیوم پس از باز کردن پیوند، تاییدی بر مکانیزم ارائه شده بود. متعاقباً فصل مشترک و رفتار کششی ورقهای روکش کاری شده با ساختارهای اولیه متفاوت، پس از عملیات پس آنیل در محدوده °C600 - 200 به مدت یک ساعت، مورد بررسی و تحلیل قرارگرفت تا اثر عملیات حرارتی به روی تشکیل و ضخامت ترکیب های بین لایه ای و خواص مکانیکی ورقهای کامپوزیتی نامبرده مورد ارزیابی قرارگیرد. آنالیز عنصری به صورت خطی و نقطه ای، حضور عناصر Al، Fe، C، Si، Mn، Ni و Cr را در لایه میانی ثابت کرد و میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ نوری نشان دادند که این لایه میانی در محدوده °C 600 - 500 تشکیل میشود و اساساً از جنس ترکیبات Al13Fe4، FeC و Al8SiC7 میباشد. تشکیل این ترکیبات بین فلزی، استحکام پیوند را تحت تاثیر قرار داد و به جدا شدن هر چه راحت تر فصل مشترک کمک کرد. بررسی و تحلیل ضخامت لایه میانی تشکیل شده در دمای °C 600 به مدت 1 ساعت توسط روابط نفوذی به صورت تئوری، کاملاً در انطباق با نتایج آزمایشگاهی توسط آنالیز عنصری خطی و آزمون ریزسختی سنجی بود. افت تنش در منحنی های تنش - کرنش ورق های کامپوزیتی پس از نقطه بیشینه (متناظر با استحکام نهایی کششی) به جدا شدن فصل مشترک نسبت داده شد. مطالعات روی مقدار کاهش این تنش سبب شد تا رابطه ای بین این مقدار کاهشی و استحکام پیوند حاصل از آزمون پوست کندن توسعه یابد. حضور مارتنزیت ایجاد شده در ساختار هسته ورق کامپوزیتی بواسطه تغییرشکل، منجر به استحکام کششی قابل ملاحظه و سختی بالاتر در هسته این ورق کامپوزیتی شد. کلمات کلیدی: روکش کاری سرد با نورد؛ مکانیزم اتصال سرد با نورد؛ مارتنزیت کرنشی؛ نفوذ؛ لایه میانی؛ فصل مشترک آلومینیوم - فولاد
- Abstract
- The AA1050 aluminum alloy and AISI 304L stainless steel sheets were stacked together to fabricate Al/304L/Al clad sheet composites after surface preparation by the cold roll bonding process and equivalent strain of 0.8. The cold roll bonding process was performed at temperatures of 100 °C and 23 °C to produce austenitic and austenitic–martensitic microstructures in the AISI 304L counterpart, respectively. The peel test results showed that the threshold reduction required to make a suitable bond at room temperature is below 10%, which is significantly lower than the required reduction for cold roll bonding of Al sheets. The tearing of the Al sheet during the peel test signified that the bond strength of the roll bonded sheets by only 38% reduction has reached the strength of Al, which is a key advantage of the developed sheets. The extrusion of Al through the surface cracks and settling inside the 304L surface valleys due to strong affinity between Al and Fe and the difference in yield stress of these materials was found to be the bonding mechanism. Subsequently, the interface and tensile behaviors of three-layered clad sheets after soaking at 200–600 °C for 1 h were investigated to characterize the effect of annealing treatment on the formation and thickening of intermetallic compound layer and the resultant mechanical properties. Point and Line analysis of energy dispersive X-ray proved the exictence of Al, Fe, C, Si, Mn, Ni and Cr in the intermediate layer. Field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and optical microscopy techniques revealed that an intermediate layer composed mainly of Al13Fe4, FeC and Al8SiC7 forms during annealing at 500-600 °C. It was found that the formation of intermediate layer by post-heat treatment deteriorates the bond quality and encourages the debonding process. Investigation of thickness of intermediate layer that formed at 600 °C for 1h by x=2?Dt equation based on theorical calculations and by energy dispersive X-ray analysis based on experimental results showed good consistency between them. A significant drop in tensile stress–strain curves after the maximum point (UTS) was correlated to the interface debonding. Based on analysis of this drop the peel test results and tensile results were correlated to each other. Moreover, the existence of strain-induced martensite in the core sheet of Al/304L/Al clad composites was found to play a key role in the enhancement of tensile strength. Keywords: Cold roll cladding; Roll bonding mechanism; Strain-induced martensite; Diffusion; Intermediate Layer; Aluminum/Steel interface.
