بهبود خواص مکانیکی و حساسیت به ترک داغ در جوش‌های فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 304 با اعمال لرزش الکترومغناطیس همزمان با جوشکاری

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 13، دوره 9، شماره 33 - شماره پیاپی 1، آبان 1397، صفحه 137-148   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد امین قدم دزفولی¹؛ سید رضا علوی زارع^{* 2}؛ رضا دهملایی²

¹دانش آموخنه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شهید چمران اهواز

²استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز

تاریخ دریافت: 20 آذر 1396،  تاریخ بازنگری: 11 فروردین 1397،  تاریخ پذیرش: 15 مهر 1397 

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی تاثیر اعمال همزمان لرزش الکترومغناطیس تحت ولتاژهای 0، 15، 30 ولت همزمان با انجام فرآیند جوشکاری روی فولاد زنگ‌نزن 304 بر خواص ریزساختار، خواص مکانیکی و حساسیت به ترک گرم بوده است. بررسی های ریزساختاری انجام شده توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ روبشی الکترونی نشان داد که اعمال لرزش الکترومغناطیس همزمان باعث ریزتر شدن دانه‌ها و تغییر ساختار انجمادی از ستونی به هم محور و همچنین گسترش ناحیه دندریتی هم‌محور در فلز جوش گردیده است. دلیل این رویداد شکسته شدن نوک دندریت‌ها و افزایش مراکز جوانه‌زنی غیر همگن در مذاب و در نتیجه افزایش تعداد جوانه ها در حین انجماد مذاب جوش تشخیص داده شد. اندازه گیری سختی در فلز جوش حاکی از افزایش سختی در اثر اعمال لرزش حین انجماد بوده است. همچنین نتایج آزمون ضربه روی نمونه های جوش نشان داد که در اثر اعمال لرزش الکترومغناطیس تحت ولتاژهای متفاوت انرژی ضربه‌ای از 112 ژول به 136 ژول افزایش یافته است و به عبارت دیگر بهبود چقرمگی شکست در نمونه های با لرزش رخ داده است. نتایج آزمون وارسترینت طولی نشان داد که با اعمال لرزش الکترومغناطیس در حین فرآیند جوشکاری این فلز حساسیت به ترک داغ فلز جوش کاهش و به عبارت دیگر جوش‌پذیری بهبود یافته و همچنین مجموع طول ترک ها در آن و طول بزرگترین ترک در جوش نیز کمتر گردیده است.

کلیدواژه‌ها

لرزش الکترومغناطیس؛ دندریت‌ها؛ ترک داغ؛ آزمون وارسترینت؛ فولاد زنگ‌نزن آستنیتی

عنوان مقاله [English]

improvement of mechanical properties and hot cracking susceptibility of 304 stainless steel weld joints with the simultaneous electromagnetic vibration application

نویسندگان [English]

mohammadamin ghadamdezfuli¹؛ Seyed Reza Alavi Zaree²؛ Reza Dehmolaei²

¹metallurgy and materials science, engineering faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz

²metallurgy and materials science, engineering faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz

چکیده [English]

The aim of this research was to study the effect of simultaneous vibration application during welding under the voltage range of 0-30 volts on the mechanical properties and hot cracking susceptibility of 304 stainless steel welded joints. The microstructural investigations by optical and scanning electron microscopes showed that electromagnetic vibration application resulted in fragmentation of dendrite tips, increasing of nucleation sites and alteration of solidification structure from columnar to equiaxed structure. Therefore, the final microstructure undergoes grain refinement and extension of equiaxed dendriteic region. Hardness measurement of welded region showed increasing value due to vibration application. The results of Charpy test done on welded specimens revealed that impact energy has been increased from 112 J to 136 j under different electromagnetic vibration intensities. It was also determined that under electromagnetic vibration, weldability was improved, hot cracking susceptibility was decreased and fracture toughness of welded joints under electromagnetic vibration was increased.

کلیدواژه‌ها [English]

electromagnetic vibration, Dendrites, hot cracking, Varstraint test, Austenitic stainless steel

مراجع

References: 1-W. S. Lee, J. I. Cheng, C. F. Lin, C. Y. Liu, "Dynamic Mechanical Properties and Fracture Behavior of a 304L Stainless Steel GTAW Joint under Shear Conditions", Material Transactions, Vol. 44, No. 12, pp. 2637-2645, 2003.
2-S. Kumar, A.S. Shahi, "Effect of Heat Input on The Microstructure and Mechanical Properties of Gas Tungsten Arc Welded AISI 304 Stainless Steel Joints", Materials & Design, Vol. 32, No. 6, pp. 3617-362, 2011 .
3-P. Mithilesh, D. Varun, A.R.G. Reddy, K.D. Ramkumar, N. Arivazhagan, S. Narayanan, "Investigations on Dissimilar Weldments of Inconel 625 and AISI 304", Procedia Engineering, Vol. 75, No. 23, pp. 66-70, 2014.
4- S. Kou, Welding metallurgy, John Wiley & Sons, 2003.
5-F. Matsuda, K. Nakata, N. Sano, "Effect of Electromagnetic Stirring on Weld Solidification Structure of Austenitic Stainless Steels", Materials, Metallurgy & Weldability, Vol.23, No. 45, pp. 135-142, 1986.
6-C.C. Hsieh, P.S. Wang, J.S. Wang, W. Wu, "Evolution of Microstructure and
Residual Stress Under Various Vibration Modes In 304 Stainless Steel Welds", Scientific World Journal, Vol. 34, No. 23, pp. 89-96, 2014.
7-T. Watanabe, M. Shiroki, A. Yanagisawa, T. Sasaki, "Improvement of Mechanical Properties of Ferritic Stainless Steel Weld Metal By Ultrasonic
vibration", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, No. 12, pp. 1646-1651, 2010.
8-M. El Wahabi, J.M. Cabrera, J.M. Prado, "Hot Working of Two AISI 304 Steels: a Comparative Study", Materials Science and Engineering: A, Vol. 343, No. 1-2, 2003, pp. 116-12, 2003.
9-C. Lundin, C. Chou, C. Sullivan, "Hot Cracking Resistance of Austenitic Stainless Steel Weld Metals", Weld Journal, Vol. 59, No. 8, pp. 226-232, 1980.
10- B. P. Pearce, H. W. Kerr., "Grain Refinement in Magnetically GTA Welds of Aluminum Alloys Stirred", Metallurgical Transactions, Vol. 12B, pp. 479-486, 1981.
11-G.J. Davis, J.G. Garland., "Solidification Structure and Properties of Fusion Welds", International Metallurgical
147 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 1/ پاییز 1397
Reviews, vol. 20, pp. 83–106, 1975.
12-S. Nikzad, H. Ashuri, A. Kokabi, M. Shafizadeh, K. Ferasati., "Newly developed technique to eliminate hot cracking with electromagnetic vibration for joining of 2024 aluminum alloy", Metallography, Microstructure, and Analysis, Vol. 5, No. 1, pp.7–15, 2016.
13-Z. Dong, Y. Wei, Y. Xu, "Predicting Weld Solidification Cracks in Multipass Welds of SUS310 Stainless Steel", Computational Materials Science, Vol. 38, No. 2, pp. 459-466, 2006.
14-V. Balasubramanian, V. Ravisankar, G.M. Reddy, "Effect of Pulsed Current Welding on Mechanical Properties of High Strength Aluminum Alloy", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 36, No. 3-4, pp. 254-262, 2008.
15-R. Dehmolaei, M. Shamanian, A. Kermanpur, "Effect of Electromagnetic Vibration on The Unmixed Zone Formation In 25Cr–35Ni Heat Resistant Steel/Alloy 800 Dissimilar Welds", Materials Characterization, Vol. 59, No. 12, pp. 1814-1817, 2008.
16-C. Lundin, W. Savage, "Application of the Varestraint Technique to The Study of Weldability (Augmented Strain Concept and Varestraint Test for Hot-Cracking Sensitivity and Weldability of Filler Metals)", Welding Journal, Research Supplement, Vol. 45, No.23, pp 125-136, 1966.
17-J.C. Lippold, Welding Metallurgy and Weldability, John Wiley & Sons, 2014.
18 م. - گلعذار، " اصول و کاربرد عملیات حرارتی
فولادها " ، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، ویرایش
دوم، 1382 .
19- V. Kujanpää, S. David, C. White, "Formation of Hot Cracks in Austenitic Stainless Steel Welds-Solidification Cracking", Welding Journal, Vol. 65, No. 8, pp. 203-212, 1986.
148 بهبود خواص مکانیکی و حساسیت به ترک داغ در جوشهای فولاد زنگنزن آستنیتی 304 با اعمال ...