بررسی مقاومت به خوردگی ناحیه جوش آلیاژTi-6Al-4V جوشکاری شده به روش TIG

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 12، شماره 44، شهریور 1400، صفحه 1-12   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2021.24515.1859

نویسندگان

مهدی کبیری لقب¹؛ مجید بلباسی^{* 2}؛ محمد عمار مفید²

¹دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، گروه مهندسی نفت، معدن و مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

²استادیار، گروه مهندسی نفت، معدن و مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

تاریخ دریافت: 14 فروردین 1399،  تاریخ بازنگری: 30 شهریور 1400،  تاریخ پذیرش: 21 آذر 1400 

چکیده

چکیده
مقدمه: آلیاژ Ti-6Al-4V از آلیاژهای پرکاربرد در صنایع هوایی، دریایی و شیمیایی می باشد. در ارتباط با خوردگی مقطع جوش این آلیاژ تحقیقات معدودی صورت گرفته است هدف از انجام این تحقیق بررسی اثر شدت جریان بر مقاومت به خوردگی مقطع جوش آلیاژ Ti-6Al-4V جوشکاری شده به روش تنگستن-گاز خنثی (TIG) در محلول های آب دریا و NaCl % 5/3می باشد.
روش­: در  این تحقیق ورقی از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V به ابعاد mm 3×50×40 و فیلر از جنس آلیاژ    Ti-6Al-4V تهیه شد. سپس به منظور بررسی تاثیر شدت جریان بر روی مقاومت به خوردگی مقطع جوش این آلیاژ، نمونه های تهیه شده با شدت جریان های 70، 80 و90 آمپر جوشکاری شد. به منظور مشاهده ریزساختار نمونه ها، ابتدا نسبت به آماده سازی و میکرو اچ قطعات اقدام شد و در ادامه تصویربرداری از قطعات در منطقه فلز پایه، مقطع جوش و منطقه متاثر از حرارت، با استفاده از میکروسکوپ نوری صورت گرفت. برای آزمونهای الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک، از دستگاه پتانسیواستات استفاده شد. در این آزمون از دو محفظه شیشه ای مجزاء (با الکترود مرجع کالومل اشباع KCl-sat، الکترود شمارنده گرافیتی و الکترود کاری نمونه قطعات)، به طوری که در محفظه شیشه ای اول، الکترولیت محلول NaCl % 5/3 و محفظه شیشه ای دوم، محلول آب دریا شبیه سازی شده استفاده گردید. سپس در شرایط مدار باز به منظور رسیدن به حالت پایداری، نسبت به غوطه وری نمونه های آماده سازی شده از مقاطع جوش با شدت جریان های 70و 80 و 90 آمپر، به مدت زمان 30 دقیقه در هر یک از الکترولیت ها اقدام شد. در این آزمون به روش تافل، پتانسیل خوردگی (Ecorr) و دانسیته جریان (icorr) محاسبه گردید.
یافته­ها: بررسی های ریزساختاری نمونه ها نشان داد فلز پایه دارای ساختار جهت دار فاز α در زمینه فاز β تغییر فرم یافته است. در ناحیه HAZ به دلیل سرد شدن نسبتاً سریع آلیاژ از دمای بالای استحاله β، فاز α سوزنی ریز تشکیل شده است. در ناحیه جوش نمونه های جوشکاری شده با شدت جریانهای 80 و 90 آمپر نسبت به نمونه 70 آمپر، حرارت بیشتری وارد شده و این امر منجر به رشد بیشتر دانه ها شده است. با افزایش شدت جریان جوشکاری از 70 به 80 آمپر، اندازه دانه ها در ناحیه جوش و همچنین نرخ خوردگی ناحیه جوش افزایش یافته است و با افزایش بیشتر شدت جریان از 80 به 90 آمپر در ناحیه جوش اندازه دانه تغییری نشان نداده و نرخ خوردگی ناحیه جوش نیز کاهش یافته است. برای جوشکاری آلیاژ Ti-6Al-4V استفاده از شدت جریان 70 آمپر، مقاومت به خوردگی مناسب تری نسبت به شدت جریانهای 80 و 90 آمپری از خود نشان داده است.
نتیجه­گیری: بررسی نرخ خوردگی ناحیه جوش آلیاژ Ti-6Al-4V در محلول NaCl % 5/3 و آب دریا نشان داد که نرخ خوردگی ناحیه جوش آلیاژ در محلول NaCl % 5/3 بیشتر از آب دریا است. دلیل آن را نیز می توان به غلظت بالاتر نمک NaCl در محلول NaCl % 5/3 در مقایسه با آب دریا نسبت داد. در مقایسه شدت جریان های به کار برده شده برای جوشکاری آلیاژ Ti-6Al-4V استفاده از شدت جریان 70 آمپر، مقاومت به خوردگی مناسب تری نسبت به شدت جریانهای 80 و 90 آمپری از خود نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

آلیاژ Ti-6Al-4V؛ مقاومت به خوردگی؛ جوشکاری TIG؛ NaCl % 5/3؛ آب دریا

عنوان مقاله [English]

Investigation of corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy welding zone Welded by TIG method

نویسندگان [English]

mehdi kabiri laghab¹؛ majid belbasi²؛ mohamadamar mofid²

¹. MSc graduated of Materials Engineering, Department of Petroleum, Mining and Materials Engineering, Islamic Azad University, Central Tehran branch, Tehran, Iran.

²Assistant prof. of Materials Engineering, Department of petroleum, mining and materials engineering, Islamic Azad University, Central Tehran branch, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In this research, the effect of current intensity on the corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy welded by Tungsten-inert Gas (TIG) method was investigated. For this purpose, 3 × 50 × 40 mm specimens were prepared and after preparing the surfaces, in a way but joint two-way single pass in vacuum chamber with inert argon with a flow rate of 70, 80 and 90 A were welded. Microstructural studies of base metal (BM), fusion zone (FZ) and heat affected zone (HAZ) were performed using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Then, in order to investigate the corrosion resistance of Ti-6Al-4V welded cross sections, the roots of the welded specimens were examined by potentiostatic polarization in seawater and 3.5% NaCl. The results showed that by increasing the welding current intensity from 70 to 80A, the grain size in the weld area as well as the corrosion rate of the weld area in Ti-6Al-4V alloy increased. By varying the flow intensity from 80 to 90A, the corrosion rate and grain size of the weld zone did not change significantly. The corrosion rate of Ti-6Al-4V alloy in 3.5% NaCl solution compared to seawater revealed that the corrosion rate of alloy in 3.5% NaCl solution is higher than its corrosion rate in seawater.

کلیدواژه‌ها [English]

Ti-6Al-4V alloy, corrosion resistance, TiG welding, 3.5% NaCl, seawater

مراجع

1.       Matthew, J. D., Titanium and Its alloys source book, ASM, 1982.

2.       Lin, J.J., Lv, Y.H., Liu, Y.X., Xu, B.S.,   Sun, Z., Li, Z.G.  and Wu, Y.X. 2016. Microstructural evolution and mechanical properties of Ti-6Al-4V wall deposited by pulsed plasma arc additive manufacturing, Materials and Design, 102: 30–40.

3.       Kashaev, N., Ventzke, V., Fomichev, Fomin, V. F. and Riekehr, S. 2016. Effect of Nd:YAG laser beam welding on weld morphology and  mechanical properties of Ti–6Al–4V butt joints and T-joints , Optic Lasers Engineering, 86: 172–180.

4.       Yu, H.,  Li, F., Yang, J., Shao, J., Wang,  Z. and  Zeng, X. 2018. Investigation on laser welding of selective laser melted Ti-6Al-4V parts: Weldability, microstructure and mechanical properties, Materials Science Engieering A, 712: 20–27.

5.       Balasubramanian, M., Jayabalan , V. and Balasubramanian, V. 2008. Effect of pulsed gas tungsten arc welding on corrosion behavior of Ti–6Al–4V titanium alloy, Materials and Design, 29:1359–1363.

6.       Vahid Shad, Y., and khodabakhshi, A. 2019. Investigation of different parameters on penetration depth and welding width of titanium alloy grade 5 (Ti-6Al-4V) welded by plasma method, Journal of New Materials, 10(38): 33-48. [In Persian].

7.       Wahid, A., Olson, D.L. and Matlock, D.K. 1993. Corrosion of Weldments, Colorado School of Mines C.E. Cross, Martin Marietta Astronautics Group.

8.       Boyer, R., Welsch, G. and Cooling, E.W. 1994. Titanium Alloys, Properties and physical Metallurgy, ASM.

9.       Atapor, M., fathi, M. and shamaniyan, M. 2019. Investigation of the effect of tungsten-gas arc welding process on corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy weld zone in 10% hydrochloric acid solution, The fourth joint conference of the Association of  Metallurgical Engineers and the Iranian Foundry Association. [In Persian].

10.   Atapor, M., fathi, M. and shamaniyan, M. 2018. Evaluation of corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy weld zone in 3.5% NaCl solution, Eleventh National Corrosion Congress. [In Persian].

11.   Heydarbeygi, M., Karimzadeh, F., Saatchi, A. and Tahviliyan, A. 2016. Improvment the corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy weld area by heat treatment, 11th Annual Congress of Iranian Association of Metallurgical Engineers. [In Persian].

12.   Karimzadeh, F., Heidarbeigy, M. and Saatchi, A.  2008. Effect of heat treatment on corrosion behavior of Ti–6Al–4V alloy weldments, journal of materials processing technology, 206: 388–394.  

13.   Rodney, R.B. 1998. Metals Hand book, Corrosion Resistance of Titanium and Titanium Alloys, ASM.

14.   Atapour, M., Pilchak AL. and Frankel, GS. 2010. Corrosion behavior of friction stir-processed and gas tungsten arc-welded Ti-6Al-4V, Metallurgical and Materials Transactions A, 41: 2318–2327.

15.   Chiyani, M. and Atapor, M. 2019.  Investigation of the effect of temperature on the corrosion behavior of similar welded titanium alloy Ti-6Al-4V by friction stirring method, Iranian Journal of Welding Science and Technology, 5(2): 129-140. [In Persian].

16.   Fukuzaki, M., Tamura, Y. and kono, N. 2005. Relationship between Behavior and Microstructure in an AZ91 Magnesium Alloy, Journal of japan institute of light metals, 55(9): 389-394.

17.   Atapor, M., Fathi, M. and Shamaniyan, M. 2019. Investigation of the effect of tungsten-gas arc welding process on corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy weld zone in 10% hydrochloric acid solution, The fourth joint conference of the Association of Metallurgical Engineers and the Iranian Foundry Association. [In Persian].

Ralaston, K.D. and Birbilis, N. 2010. Effect of grain size on corrosion: A Review, Corrosion, 66(9): 1-13.