استفاده از واکنش سنتز احتراقی ترکیب بین فلزی NiTi جهت اتصال فولاد به کاربید تنگستن

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

علیرضا کریمی ¹ (دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی)
ماندانا عادلی ² (دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران)
منصور سلطانیه ³ (دانشگاه علم و صنعت ایران)

تاريخ الإرسال : 21 السبت , شوال, 1441 تاريخ التأكيد : 27 الإثنين , جمادى الأولى, 1442 تاريخ الإصدار : 06 السبت , ربيع الثاني, 1442

الکلمات المفتاحية: اتصال فولاد – کاربید تنگستن, سنتز احتراقی, , واکنش گرمازا, ترکیب بین فلزی NiTi,

ملخص المقالة :

در این پژوهش امکان ایجاد اتصال فولاد – کاربید تنگستن با استفاده از روشی نوین بر پایه فرآیندهای سنتز احتراقی بررسی شده و مکانیزم اتصال مورد بحث قرار گرفته است. سامانه‌ای آزمایشگاهی با هدف گرمایش سریع نمونه و انجام واکنش سنتز تحت فشار و در اتمسفر محافظ طراحی و ساخته شد. بین قطعاتی استوانه‌ای شکل از فولاد و کاربید، لایه‌ای متشکل از مخلوط فشرده‌ پودرهای عنصری نیکل و تیتانیم به عنوان پودر واکنشگر و منبع تولید گرما در اتصال‌دهی مورد استفاده قرارگرفت. برای تهیه این لایه، پودر عناصر با توجه به نسبت مولی 1:1 Ni:Ti = توزین و مخلوط و به‌صورت قرص‌های خام به قطر mm 12 فشرده شدند. از یک کوره‌ی القایی جهت گرمایش سریع مخلوط پودری فشرده نیکل – تیتانیم و انجام واکنش گرمازای سنتز احتراقی و تولید ترکیب بین‌فلزی NiTi بین قطعات مورد اتصال استفاده شد. پس از اتصال، نمونه‌ها به منظورمطالعات ریزساختاری و بررسی کیفیت اتصال در فصول مشترک NiTi/کاربید و NiTi/فولاد از وسط برش زده شده و متالوگرافی شدند. به منظور مشخصه‌یابی نمونه‌ها از آنالیزXRD و SEM-EDSاستفاده شد. آنالیزهای انجام شده مؤید تشکیل NiTi به‌عنوان فاز اصلی در اثر انجام واکنش سنتز احتراقی در مخلوط پودری فشرده Ni+Ti بود. نتایج آنالیز عنصری نقطه‌ای، نفوذ عناصر تنگستن و کبالت در لایه‌ی اتصال NiTi و همچنین نفوذ متقابل تیتانیم و نیکل را اثبات کرد. بررسی نقشه‌ی توزیع عناصر در فصل مشترک‌های اتصال، تجمع عناصر نیکل و تنگستن در فصل مشترک کاربید/ NiTi و عناصر تیتانیم و آهن در فصل مشترک فولاد/ NiTi را به دلیل تشکیل پیوند در فصل مشترک‌ها در نتیجه-ی دمای بالای فرآیند تأیید کرد. نتایج نشان داد که با استفاده از واکنش‌های سنتز احتراقی و ذوب موضعی محصول NiTi تشکیل شده، امکان برقراری اتصالی با کیفیت مناسب بین کاربید تنگستن و فولاد با استفاده از لایه واسط NiTi به دلیل نفوذ عناصر و تشکیل پیوند در فصل مشترک‌های اتصال و ایجاد چسبندگی میان اجزای اتصال وجود دارد.

المصادر:

نتیجهیآنالیزEDSخطیازفصلمشترکفولاد /NiTiدر قسمت (د) از شکل 1References:[1] A. S. Mukasyan, J. D. E. White, “Combustion Joining of Refractory Materials” Int. J. Self. Propag. High Temp. Synth. 2007, 16(3), 154–168.]4[م ،بدرلو ،س. ع. طیبی فرد، م. ذاکری، سنتزنانوکامپوزیت(MoSi2-20%TiC )بهروشسنتزاحتراقیخودگسترفعالشدهمکانیکی(MASHS) ،مواد نوین ،دوره7، شماره45،پاییز 9315 ص ،86-79.]3[آ، کریمی، ح. بهاروندی، ح. عبدیزاده، بررسیتأثیرمقدارومنبعکربنبرسنتزنانوساختارTi2AlCبهروشسنتزخوداحتراقیدمابالا، مواد نوین، دوره8 ،شماره41، پاییز 9316 ص ،68-57.[4] H. Kalantari, M. Adeli, M. R. Aboutalebi, “Investigation of the Effect of Foaming Agent on the Fabrication of NiTi Foams Using the Self-Propagating, High-Temperature Synthesis Process”, Met. Mater. Trans. B. 2019, 50, 2566–2573.[5] I. Voiculescu1, V. Geanta, H. Binchiciu, D. Iovanas, R Stefanoiu, “Dissimilar Brazed Joints betweenSteel NiTiFeSteelNiTi

992استفاده از واکنشسنتزاحتراقی ترکیب بینفلزی NiTiجهت اتصالفولادبه کاربیدتنگستنand Tungsten Carbide”, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 209 (2017) 1-7. [6] A. Elrefaey, A. Monem, W. Tillmann. “Microstructure and Mechanical Properties of Brazed Titanium/Steel Joints” J.Materials Sci. 2007, 42(23), 9553-9558.[7] V. A. Shcherbakov, “SHS Welding of Hard Alloy and Steel”, Key Eng. Mater. 2002, 217, 215-218.[8] N. Farjam, M. Nematollahi, M. Taheri-Andani, M. J. Mahtabi, M. Elahinia, “Effects of Size and Geometry on the Thermomechanical Properties of Additively Manufactured NiTi Shape Memory Alloy”, Int. J. Adv. Manuf. Tech. 2020, 107, 3145–3154.[9] H. C. Yi, J. J. Moore, “Combustion Synthesis of TiNi Intermetallic Compounds, Part III Microstructural Characterization”,J. Mater. Sci. 1992, 27, 5067-5072.[10] E. Dong, W.Yu, Q. Cai, L. Cheng, Z. Ning, J. Shi, “High-Temperature Deformation Behavior of TiNi-Nb Hypoeutectic Alloy”, Mater. Sci. Eng. A. 2019, 764, 138228.[11] C. Velmurugan, V. Senthilkumar, P. S. Kamala, “Microstructure and Corrosion Behavior of NiTi Shape Memory Alloys Sintered in the SPS Process”, Int. J. Min. Met. Mater., 2019, 26, 1311-1321.[12] K. Morsi, “The Diversity of Combustion Synthesis Processing: A Review”, J. Mater. Sci., 2012, 47, 68-92.[13] B. Ma, X. Wang, C. Chen, D. Zhou, P. Xu, X. Zhao, “Dissimilar Welding and Joining of Cemented Carbides”, Metals 2019, 9, 1-21