مواد پیشرفته در مهندسی

مواد پیشرفته در مهندسی

اثرات ناشی از گرما بر تکامل ریزساختار و خواص مکانیکی در جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی غیرمشابه فولاد‌های پیشرفته خودرویی HSLA440 و DP590

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
مقدمه و اهداف: در مطالعه حاضر، خواص ریزساختاری و مکانیکی جوش مقاومتی نقطه‌ای نامشابه فولادهای DP590/HSLA440 با تمرکز بر اثر جریان جوشکاری بررسی شده است. 
مواد و روش‌ها: برای این منظور، ورق‌‌‌های فولادی مطابق استاندارد AWS D1.1 آماده‌سازی شدند و پس از انجام جوشکاری در شدت جریان‌های 7 تا 11 کیلوآمپر (با پله یک کیلوآمپری) آزمون‌های مکانیکی و مشخصه‌یابی انجام شدند. آزمایش کشش با نرخ کشش یک میلی‌متر بر دقیقه و آزمایش ریزسختی برای دو جریان 8 و 10 کیلوآمپر انجام شد. همچنین، بررسی سطح شکست و ریزساختار جوش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و نوری انجام شد. 
یافته‌ها: دکمه جوش عمدتا مارتنزیت صفحه‌ای بود؛ کسرحجمی آن با افزایش جریان بیشتر و تا فلز پایه کاهش یافت. در DP590، نواحی فرا‌بحرانی و میان‌بحرانی مارتنزیتی و ناحیه زیربحرانی تمپر شده بود. در HSLA440، نواحی فرا‌بحرانی مارتنزیت، میان‌بحرانی ترکیب مارتنزیت و فریت و ناحیه زیربحرانی رشد دانه را نشان دادند. نتایج آزمون کشش نشان دادند که حداکثر نیروی اتصال با افزایش جریان از 7 به 10 کیلوآمپر از 10/84 به 24/34 کیلونیوتن رسید. تغییر مدشکست از مد فصل مشترکی به کندگی نیز با افزایش جریان به بالاتر از 9 کیلوآمپر مشاهده شد. با افزایش شدت جریان سختی در ناحیه جوش افزایش یافت به‌طوری‌که مقدار آن در جریان 10 کیلوآمپر به 430 ویکرز رسید. 
نتیجه‌گیری: با افزایش شدت جریان جوشکاری، قطر دکمه جوش و درپی آن استحکام اتصال افزایش یافت و همچنین، پدیده نرم‌شدگی در سمت HSLA440 مشاهده شد. نمونه جوشکاری‌شده در جریان 10 کیلوآمپر با مدشکست بیرون‌کشیدگی وحداکثر استحکام، سختی و ازدیاد طول، به‌عنوان نمونه بهینه بود. 
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Heat-Induced Effects on Microstructure Evolution and Mechanical Properties in Dissimilar Resistance Spot Welding of HSLA440 and DP590 Advanced Automotive Steels

نویسندگان English

Amir Siavash Mojaver
Saeed G. Shabestari
Rouholah Ashiri
School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Introduction and Objectives: In this study, the microstructural and mechanical properties of dissimilar resistance spot welds between DP590 and HSLA440 steels were investigated, with a focus on the effect of welding current.
Materials and Methods: For this purpose, steel sheets were prepared in accordance with AWS D1.1 standard. Welding was performed using currents ranging from 7 to 11 kA (in 1 kA increments), followed by mechanical testing and characterization. Tensile shear tests were conducted at a crosshead speed of 1 mm/min, and hardness tests were carried out for the 8 and 10 kA welds. Furthermore, fracture surface and weld microstructure analyses were performed using optical and scanning electron microscopy.
Results: Weld nugget was mainly consisted of lath martensite; its volume fraction increased with current and decreased toward base metal. In DP590, the supercritical and intercritical regions were martensitic and the subcritical region was tempered. In HSLA440, the supercritical regions showed martensite, the intercritical regions showed a combination of martensite and ferrite, and the subcritical region showed grain growth.Tensile strength enhanced from 10.84 kN (for 7 kA) to 24.34 kN (for 10 kA). Fracture mode shifted from interfacial to pull-out above 9 kA. Hardness increased with current, peaking at 430 HV (10 kA).
Conclusion: An increase in welding current caused to increase in nugget size and peak load. Also, softening was more pronounced on the HSLA440 side. The sample welded at a current of 10 kA with a tensile failure mode and maximum strength, hardness, and elongation was the optimal sample.

کلیدواژه‌ها English

Advanced automotive steel
Resistance spot welding
DP590 steel
HSLA440 steel
Input heat
Failure mode
  1. Farbakhti M, Elmi Hosseini SR, Mousavi Mohammadi SA. The effect of current intensity on liquid metal embrittlement in resistance spot welding of QP1180 steel. J Weld Sci Technol Iran IWNT. 2025;11(1):139 (In Persian). https://doi.org/10.47176/JWSTI.2025.25
  2. Rajalingam P, Rajakumar S, Sonar T, Kavitha S. A comparative study on resistance spot and laser beam spot welding of ultra-high strength steel for automotive applications. Int J Lightweight Mater Manuf. 2024;7(5):648-61. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2024.04.001
  3. Bahmani A, Ashiri R. Investigating the effect of zinc coating on microstructure and mechanical properties in resistance spot welding of QP980 advanced high-strength automotive steel. J Weld Sci Technol Iran IWNT. 2025;11(1):81 (In Persian).
  4. Ashiri R, Shamanian M, Salimijazi HR, Park Y, Salmani MR. Welding challenges facing advanced automotive steels in resistance spot welding process: A review. J Weld Sci Technol Iran IWNT. 2020;6(2):13 (In Persian).
  5. Kwok TWJ, Gong P, Xu X, Nutter J, Rainforth WM, Dye D. Microstructure Evolution and Tensile Behaviour of a Cold Rolled 8 Wt Pct Mn Medium Manganese Steel. Metall Mater Trans A 2022;53(2):597-609. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06534-9
  6. Rajarajan C, Sivaraj P, Sonar T, Raja S, Mathiazhagan N. Resistance spot welding of advanced high strength steel for fabrication of thin-walled automotive structural frames. Forces in Mechanics. 2022;7:100084.
  7. Singh R. Chapter 5 - Stresses, shrinkage, and distortion in weldments. In: Singh R, editor. Applied welding engineering (second edition). Butterworth-Heinemann; 2016. p. 201-38.
  8. Janardhan G, Kishore K, Dutta K, Mukhopadhyay G. Tensile and fatigue behavior of resistance spot-welded HSLA steel sheets: Effect of pre-strain in association with dislocation density. Mater Sci Eng A 2020;793: 139796. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139796
  9. Shaw JR, Zuidema BK. New high strength steels help automakers reach future goals for safety, affordability, fuel efficiency and environmental responsibility. SAE Transactions 2001:976-83. https://doi.org/10.4271/2001-01-3041
  10. Pouranvari M, Marashi P, Jaber H. Dp780 dual-phase-steel spot welds: Critical fusion-zone size ensuring the pull-out failure mode. Mater Tehnol. 2015;49(1580-2949):579-85. https://doi.org/10.17222/mit.2014.184
  11. Khan M, Bhole sD, Chen D, Biro E, Boudreau G, Deventer J. Welding behaviour, microstructure and mechanical properties of dissimilar resistance spot welds between galvannealed HSLA350 and DP600 steels. Sci Technol Weld Join. 2009;14:616-25. https://doi.org/10.1179/136217109X12464549883295
  12. Marya M, Gayden XQ. Development of requirements for resistance spot welding Dual-Phase (DP600) steels part 1 - The causes of interfacial fracture. Weld J. 2005;84:172-s.
  13. Zhang H, Wei A, Qiu X, Chen J. Microstructure and mechanical properties of resistance spot welded dissimilar thickness DP780/DP600 dual-phase steel joints. Mater Des. 2014;54:443-9. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.08.027
  14. Baltazar-Hernandez V, Kuntz M, Khan M, Yushan Z. Influence of microstructure and weld size on the mechanical behaviour of dissimilar AHSS resistance spot welds. Sci Technol Weld Joi. 2008;13:769-76. https://doi.org/10.1179/136217108X325470
  15. Sun L, Zhang S, Song R, Ren S, Zhang Y, Sun X, et al. Effect of V, Nb, and Ti microalloying on low–temperature impact fracture behavior of non–quenched and tempered forged steel. Mater Sci Eng A 2023;879:145299. https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145299
  16. Kawahara Y, Tokuhisa A, Maeda T, Shirahata H, Uemori R, Kaneko K. Formation of core-shell structured carbides via interphase precipitations in V-Nb microalloyed steels. Scr Mater. 2024;249:116169. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116169
  17. Li Z, Liu L, Xue Q, Wu C, Lu F, Zhao Z. Study on microstructure characteristics and hole expansion mechanism of Ti–Nb–V microalloyed 900 MPa hot-rolled ferrite-bainite high hole expansion steel. J Mater Res Technol. 2024;33:7469-81. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.11.056
  18. Gould J, Khurana SP, Li T. Predictions of microstructures when welding automotive advanced high-strength steels. Weld J. 2006;85:111-s.
  19. Mohammadi Soleymani M, Sohrabinejad B, Majidi Jirandehi A. Effect of input heat of resistance spot welding (RSW) process on the mechanical behavior of welded joint of SS-316L steel. Automot Sci Eng. 2025;14(2).
  20. Bahmani A, Feizollahi V, Ashiri R. Characterization of physical metallurgy of quenching and partitioning steel in pulsed resistance spot welding: A simulation-aided study. J Adv Join Process 2024;10:100264. https://doi.org/10.1016/j.jajp.2024.100264
  21. Mukhopadhyay G, Bhattacharya S, Ray KK. Strength assessment of spot-welded sheets of interstitial free steels. J Mater Process Technol. 2009;209(4):1995-2007. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.04.065
  22. Chakraborty G, Pal T, Shome M. Microstructure development in resistance spot welded galvannealed IF steel sheet. Mater Sci Technol. 2011;27(1):382-6. https://doi.org/10.1179/026708310X12701095964603

 

تحت نظارت وف بومی