بررسی اتصال ترکیب بین‌فلزی Ni3Al با استفاده از روش فاز مایع گذرا و لایه میانی مس

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در این پژوهش، اتصال ترکیب بین‌فلزی Ni3Al با استفاده از فرایند فاز مایع گذرا و لایه میانی مس خالص مورد بررسی قرار گرفت. فرایند اتصال‌دهی در یک کوره خلأ، در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد به‌ازای زمان‌های مختلف 30، 60، 90 و120 دقیقه انجام شد. اثر تغییرات زمان بر ریزساختار و خواص مکانیکی منطقه اتصال بررسی شد. نتایج آزمون پراش انرژی اتصالات، تشکیل مناطق انجماد همدما، انجماد غیرهمدما و متأثر از نفوذ در زمان‌های مختلف را تأیید کرد. پس از 90 دقیقه، فازهای یوتکتیک ترد و شکننده همچنان در خط اتصال وجود داشت. حال آنکه با افزایش زمان فرایند تا 120 دقیقه، یک محلول جامد غنی از مس در خط اتصال تشکیل شد. بیشترین سختی در منطقه متأثر از نفوذ و به‌واسطه تشکیل ترکیبات تردتر، حاصل شد. با افزایش زمان فرایند تا 90 دقیقه، سختی در خط مرکزی اتصال افزایش یافت. پس از 120 دقیقه، سختی در خط مرکزی اتصال تا حدود 224 ویکرز کاهش یافت. بیشترین استحکام برشی در حدود 60 مگاپاسکال در زمان فرایند 30 دقیقه و به‌واسطه تشکیل زمینه غنی از نیکل در محل اتصال به‌دست آمد. با افزایش زمان تا 90 دقیقه، میزان استحکام برشی تا حدود 34 مگاپاسکال کاهش یافت. پس از 120 دقیقه و به‌دلیل تشکیل محلول جامد غنی از مس و نیز از بین رفتن ترکیبات یوتکتیک، استحکام برشی مجدداً تا حدود 44 مگاپاسکال افزایش یافت. ارزیابی سطوح شکست نشان داد که تا زمان 90 دقیقه، شکست بیشتر از نوع ترد بوده حال آنکه با افزایش زمان تا 120 دقیقه شکست به‌صورت نرم اتفاق افتاده است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the Joining of Ni3Al Intermetallic Compound, using Transient Liquid Phase (TLP) Method with Cu Interlayer

نویسندگان [English]

  • M. Soltani Samani
  • A. Bahrami
  • F. Karimzadeh
Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

In this study, joining of Ni3Al intermetallic compounds using the transient liquid phase (TLP) process with Cu interlayer was investigated. The binding process was carried out in a vacuum furnace at a temperature of 1050 °C for different times of 30, 60, 90 and 120 minutes. The effect of time variation on microstructure and mechanical properties of the joint zone was investigated. The EDS analysis results of the joints proved formation of the athermally solidified zone (ASZ), isothermally solidified zone (ISZ) and diffusion affected zone (DAZ) at different times. After 90 minutes, brittle eutectic phases still exist in the joint line. However, by increasing the process time to 120 minutes, a copper-rich solid solution was formed in the joint line. Maximum hardness was attained in DAZ region and due to formation of more brittle compounds. By increasing the process time to 90 min, the hardness in the joint center-line increased. After 120 min, the hardness in the joint center-line decreased to about 224 HV. Maximum shear strength was achieved to be about 60 MPa at a process time of 30 minutes and due to formation of Ni-rich matrix at the joint. With increasing time to 90 min, the shear strength decreased to about 34 MPa. After 120 minutes and due to formation of copper-rich solid solution as well as disappearance of eutectic compounds, shear strength again increased to about 44 MPa. Investigation of fracture surfaces showed that until 90 minutes, fracture mode was mainly brittle whereas by increasing time to 120 minutes, a more ductile fracture occurred.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Joining
  • Transient liquid phase
  • Intermetallic
  • Shear Strength

مراجع

1. David, S. A., and Deevi, S. C., “Welding of Unique and Advanced Ductile Intermetallic Alloys for High-Temperature Applications”, Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 22, pp. 681-705, 2017.
2. Jozwik, P., Wojciech, P., and Zbigniew, B., “Applications of Ni3Al Based Intermetallic Alloys Current Stage and Potential Perceptivities”, Materials, Vol. 8, pp. 2537-2568, 2015.
3. Stoloff, N. S., Liu, C. T., and Deevi, S. C., “Emerging Applications of Intermetallics”, Intermetallics, Vol. 8, pp. 1313-1320, 2000.
4. Celiky Řrek, I., Baksan, B., Torun, O., and Ízcan, A., “The Microstructure and Mechanical Properties of Friction Welded Cast Ni3Al Intermetallic Alloy”, Transactions of the Indian Institute of Metals, Vol. 71, pp. 1-5, 2016.
5. Molian, P. A., Yang, Y. M., and Srivatsan, T. S., “Laser-Welding Behaviour of Cast Ni3Al Intermetallic Alloy”, Journal of Materials Science, Vol. 27, pp. 1857-1868, 1992.
6. Santella, M. L., Horton, J. A., and David, S. A., “Welding Behavior and Microstructure of a Ni3AI Alloy”, Chemical Analysis, Vol. 3, pp. 77-28, 1988.
7. Zhang, D. Y., Gao, H. Y., Lu, K., Luo, H. L., and Li, S. P., “Ni3Al-Base Alloy of Laser Welding Behavior Research”, Advanced Materials Research, Vol. 418, pp. 1531-1537, 2012.
8. Santella, M. L., “Weld Solidification Cracking in Cast Ni3Al Alloys”, Scripta Metallurgica et Materialia, Vol. 28, pp. 1305-1310, 1993.
9. Ghoneim, A., and Ojo, O. A., “On the Influence of Boron-Addition on TLP Bonding Time in a Ni3Al-Based Intermetallic”, Intermetallics, Vol. 18, pp. 582-586, 2010.
10. Torun, O., and Celikyurek, I., “Diffusion Bonding of Nickel Aluminide Ni75Al25 using a Pure Nickel Interlayer”, Intermetallics, Vol. 16, pp. 406-409, 2008.
11. Ojo, O. A., Ghoneim, A., and Hunedy, J., “Transient Liquid Phase Bonding of Single Crystal Ni3Al-Based Intermetallic Alloy”, International Brazing and Soldering Conference American Society for Metals, Las Vegas, Nevada, 2012.
12. Gale, W. F., and Guan, Y., “Transient Liquid-Phase Bonding in the NiAl/Cu/Ni System- A Microstructural Investigation”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 27, No. 11, pp. 3621-3629, 1996.
13. Asghari, Y., “Effects of Temperature and Holding Time on the Microstructure and Mechanical Properties of AISI310-Inconel 617 Joint, Joined using Transient Liquid Phase (TLP) Method”, MSc Thesis, Isfahan University of Technology, 1394. (In Farsi).
14. Norouzi, E., Atapour, M., and Shamanian, M., “Effect of Bonding Time on the Joint Properties of Transient Liquid Phase Bonding Between Ti-6Al-4V and AISI 304”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 701, pp. 335-341, 2017.
15. Nadermanesh, N., and Azizi, A., “Mechanical Properties of Diffusion-Bonded Aluminum Alloy AISI7075-AZ31 Mg Alloy with Cu Interlayer”, International Conference in Innovations in Industrial and Mechanical Engineering, Tehran, 1395. (In Farsi).
16. ASM Metals Handbooks, Alloy Phase Diagrams, Vol. 3, 1992.
17. Prince, A., Ternary Alloy Systems, Phase Diagrams Crystallographic and Thermodynamic Data, Light Metal Systems: Part 2, Springer, Vol. 11A2, 2005.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 38، شماره 4
بهمن 1398
صفحه 19-31

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی