تاثير متغيرهاي بار انفجاري و فاصله توقف بر روكشكاري به روش جوشكاري انفجاري فولاد ابزار AISI H13 با سوپر آلياژ اينكونل 718

محمدرضا خانزاده قرهشيران1*، سيد علياصغر اكبري موسوي2 ، احمدعلي آماده3 و غلامحسين لياقت4
1- دانشجوي دكتري، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد علوم و تحقيقات تهران، دانشكده مهندسي مواد، تهران، ايران
2 و3- دانشيار، دانشگاه پرديس دانشكدههاي فني ، تهران، ايران
4- استاد، دانشگاه تربيت مدرس، دانشكده فني و مهندسي، گروه مهندسي مواد، تهران، ايران
[email protected]
(تاريخ دريافت: 02/02/1390، تاريخ پذيرش: 25/03/1390)

چكيده
در اين تحقيق پوششدهـي فـولاد گرمكـاركوئنچ تمپـر شـده AISI H13 بـا سـوپر آليـاژ اينكونـل 718 بـه روش جوشـكاري انفجـاري انجـام گرفـت .
آزمونهاي انفجاري توسـط مـاده منفجـره آمـاتول در فاصـلههـاي توقـف و بارهـاي انفجـاري متفـاوت صـورت پذيرفتـه و بررسـيهـاي متـالوگرافي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ريزسختي سنجي و استحكامي بر روي كليه نمونههاي اتصال يافته انجام گرفت . شكل فـصل مـشترك حاصـله بـه سـه صورت موجي، مسطح و موجي همراه با گردابه در فصل مشترك اتصال ايجاد شده است. طول امواج فـصل مـشترك بـر اثر تغييـرات زاويـه دينـاميكيبرخورد در هنگام اتصال ورقها تغيير نموده و سختي و استحكام برشي فصل مشترك تابع مورفولوژي فصل مشترك و دامنه امواج تغيير يافت.

واژههاي كليدي:
جوشكاري انفجاري، فاصله توقف، بار انفجاري، زاويه ديناميكي برخورد، استحكام برشي

1- مقدمه
قالبهاي فورج گرم تحت شرايط كاري نظير خستگي، نيروهاي مك انيكي، حرارت ي، س ايش ق رار دارن د [1 و 3]. اي ن قال به ا معمولاً از جـنس فولادهـاي گرمكـار در شـرايط كـوئنچ – تمپـرش ده، سـاخته م يش وند. فولاده اي گرمك ار ك روم دار مان ن د AISI H13، تحت اين شرايط كـاري بـه دليـل خـواص مقاومـتسايشي مناسب، مقاومت به شوك حرارتـي و مكـانيكي مناسـب، تافنس و مقاومت به نرم شدن در دماي بالا يك انتخـاب مناسـبميباشند [4]. جهت كاهش سايش و بهبود خـواص دمـاي بـالا، اين فولادها عمدتاً توسط لايـهاي از مـواد بـا قابليـت اسـتحكام و سختي بالا در دماي بالا پوششدهي مـيشـوند . سـوپر آلياژهـايپايه نيكل به دليل حفظ خواص خوردگي و استحكام دمـاي بـالابه عنوان يكي از مواد پوششدهي اين قالبها مورد استفاده قـرارميگيرند [5]. فرآيندهاي جوشكاري ذوبي به عنوان يكـي از پـركاربردترين فرآيند هاي پوشش دهي اين قالبها مرسوم مي باشند. روشهاي جوشكاري ذوبي بـا كمتـرين ميـزان حـرارت ورودي، امتزاج، جدايش، اعوجاج و تنشهاي پسماند بهتـرين خـواص رانشان داده اند [6]. علاوه بر اين پوششدهي ذوبي فولاد گرمكـاربـه دلي ل مي زان كـربن ب الا و عناص ر آليـاژي آن م شكل ب وده و نيازمند تمهيدات ويژهاي نظير كنترل پيشگـرم، پـسگـرم، نـرخسرعت سـرد شـدن و انتخـاب الكتـرود كـم هيـدروژن مـيباشـد [5 و 6]. همچنين پوشش دهي ذوبي سوپرآلياژهاي پايه نيكل نيـزداراي مشكلاتي نظيـر امكـان تـرك گـرم انجمـادي، جـدايش و رسوبات ترد ميباشد [7 و 9]. پوششدهي بـه روش جوشـكاريانفجاري يك فرآيند حالت جامد بوده كـه بـا اسـتفاده از انفجـاريك مـاده منفجـره، ورق پرنـده در فاصـله توقـف معينـي شـتابگرفته و به صفحه مادر برخورد نمـوده و اتـصال ايجـاد مـيشـود [10]. در مقاي سه ب ا فرآين دهاي ذوب ي، در اي ن فرآين د امت زاج ورقها صورت نگرفته، و امكـان پوشـشدهـي مناسـبتر و اتـصالفل زات ح ساس ب ه ت رك هي دروژني و ت رك گ رم انجم ادي امكانپذير مي باشد. همچنين قابليت پوششدهي كامل سـطوح وحذف امكان ايجاد تركيبات بين فلزي و رسوبات ترد بـا اسـتفادهاز اين فرآيند امكانپذير مـيباشـد [11]. بـه دليـل قابليـت روش
جوش كاري انفج اري در اتـصالده ي فل زات غي ر ه م ج نس، تحقيقات بر روي اتصا لات غير همجـنس فلـزات و آلياژهـا نظيـراتصالدهي مس – آلومينيوم، مس – تيتانيم، مس – فـولاد زنـگنزن ، تيتانيم – فولاد زنگ نزن، صورت پذيرفته و ملاحظـه شـدهاست كـه پارامترهـاي جوشـكاري انفجـاري نظيـر فاصـله توقـف (فاصله اوليه ورق ها در هنگام آزمون) و بار انفجاري (نسبت وزنمــاده انفجــاري بــه وزن صــفحه پرنــده)، تــاثير مــستقيمي بــرمورفولوژي فصل مشترك و استحكام باند اتصال داشته و خواص مكانيكي فـصل مـشترك تـابع شـكل و خـواص فـصل مـشتركگزارش گرديده است. ملاحظـه گرديـده كـه بـا افـزايش فاصـلهتوقف و بار انفجاري در اتصالدهي اين فلزات و آلياژهـا، شـكلفصل مشترك از حالت مسطح به مـوجي تغييـر شـكل يافتـه و بـه طول موج و دامنه امواج تشكيل شـده در فـصل مـشترك اتـصالافزوده شده و سختي در نزديـك فـصل مـشترك بـه دليـل تغييـرشكل پلاستيك شديد ناشي از برخورد، افزايش يافتـه كـه ميـزانسختي با افزوده شدن ميزان بار انفجاري و فاصله توقـف افـزايشنشان داده است. فصل مشترك نيز با موجيتر شـدن آن بـه دليـلافزايش سطح اتصالدهي و پديده قفـل شـدن مكـانيكي ناشـي از ام واج از اس تحكام بي شتري برخ وردار ش ده اس ت [12 و 16].
تاكنون بررسي بر روي اتصال دهي انف جاري سوپر آليـاژ اينكونـل718 به فولاد گرمكـارAISI H13 صـورت نپذيرفتـه اسـت. ايـنتحقيق تاثير متغيرهاي فاصله توقف، بار انفجاري بر مورفولوژي و خواص استحكامي فصل مـشترك اتـصال انفجـاري سـوپر آليـاژاينكونل 718 به فولاد گرمكار AISI H13 را مورد بررسـي قـرارميدهد.

عناصر C Si Cr Ni Mo Fe Nb Mn V Ti
AISI H13 0/42 1/05 5/09 0/12 1/14 – پايه 0/35 0/82 040/0
Inconel 718 0/06 0/02 18/55 پايه 3/02 19/8 4/75 0/05 0/033 0/95

جدول (2): خواص فيزيكي و مكانيكي آلياژهاي مورد استفاده مواد مدول الاستيك
(GPa) استحكام تنش تسليم سختي مدول حجمي
كششي نهايي (GPa) (HV) (MPa)
(MPa)
چگالي (3kg/m)

سرعتحجميصوت
(m/s)
AISI H 13 211 159/85 450 606 1346 7800 4527
Inconel 718 206 163/5 350 497 885 8190 4468
جدول (1): تركيب شيميايي آلياژهاي مورد استفاده

فولاد ابزار AISI H13 با سوپر آلياژ اينكونل 718 3

مواد و روش تحقيق
ورقهاي اينكونل 718 در شرايط آنيل محلولي، و فولاد گرمكار كروم دار كـوئنچ – تمپـر شـدهAISI H13 بـه ترتيـب بـه عنـوان ورقهاي پرنده و مادر انتخاب گرديدند. آنـاليز شـيميايي ورقهـابه روش اسپكترومتري نشري تعيين گرديده و خواص مكانيكي وســختي آنهــا بــا آزمــون كــشش و ســختي ســنجي بــر اســاساستانداردهاي ASTM E8M و ASTM E92 تعيـين گرديـد كـهتركيب شـيميايي و خـواص مكـانيكي و سـختي ايـن ورقهـا بـهترتيب در جدول (1) و (2) نشان داده شدهاند. ورقهـاي پرنـده ومــادر بـ ه ابعـ اد130 mm × 130 mm × 3.2 mm و 100 mm × 100 mm × 10 mm آمـاده شـدند. ورق فـولاديپس از عمليات حرارتي كوئنچ – تمپر تحت عمليات سـنگزنـيمغناطي سي ق رار گرفت ه و ورقه اي اينكون ل ب ه ط ور مك انيكي پوليش گر ديدند. قبل از انجام جوشكاري نيز سطوح كليه ورق ها با محلول استون مورد تميزكاري قرار گرفتند. ماده منفجره آماتول با سرعت انفجاري 3650 متر بر ثانيـه جهـتآزمونها انتخاب شد و در داخل يك جعبه چوبي با ابعاد مناسب در بالاي ورق پرنده بدون فاصله مستقر گرديـد. سيـستم آرايـشتنظيمي موازي كـه در شـكل (1) ديـده مـيشـود جهـت فرآينـدجوشكاري انتخاب گرديد. كـل مجموعـه جهـت انجـام آزمـونانفج اري ب ر روي ب ستري از شـن ن رم ق رار گرف ت. تحري ك انفجاري توسط چاشـني مناسـب صـورت پـذيرفت. آزمـون هـاي اتصالدهي با تغيير فاصله توقف و بار انفجاري انجام گرديده كـهشرايط آزمون ها در جدول (3) ملاحظه مـي گـردد . بـار انفجـاريدر جدول (3) نمايانگر نسبت وزن مـاده منفجـره بـه وزن صـفحهپرنده مي باشد كه از عبـارت (چگـالي مـاده منفجـره× ضـخامتماده منفجره ) ÷ (چگالي صفحه پرنده × ضخامت صـفحه پرنـده) حاصل مي شود. جهت بررسي تاثير بار انفجاري بر خواص فـصلمــشترك، كليــه آزمــون هــا توســط نــرم افــزار المــان محــدود
ABAQUS/Explicit م ورد طراح ي و ش بيهس ازي ق رار گرفت ه اس ت. معادل ه حال ت ويلي امزبورگ [17 و 20]، جه ت بررس ي رفت ار م اده منفج ره و مع ادلات س اختاري جان ستون – ك وك جهت شبيه سازي رفتار ورقها مورد اسـتفاده واقـع شـدند. شـكل (2) نمايي از شبيهسازي برخورد دو ورق پس از 22 ميكرو ثانيه ازآغاز انفجار را نشان مـيدهـد كـه درآن مقـادير عـددي سـرعتبرخورد يا سـرعت حركـت صـفحه پرنـده بـه صـورت كـانتورينمايش داده شده است . ميانگين سرعت برخورد و زاويه برخـورددر ب ازهه اي زم اني مختل ف از آغ از انفج ار ت ا انته اي فرآين د برخ ورد دو ورق، توس ط ش بيهس ازي محاس به و در ج دول (3) نشان داده شده است.
بررسيهاي فلز شناسي فصل مشتركهاي اتصال
مقاطع انتخابي از اتصال، توسط دستگاه وايركـات بـه ابعـاد يـكسانتيمتر در يـك سـانتيمتـر در جهـت مـوازي بـا جبهـه انفجـارانتخاب شدند . كه هر كـدام از نمونـههـا طـي مراحـل مختلـف ازسـ نباده 60 تـ ا شـ ماره 1200 سـ اييده شـ ده و توسـ ط خميـ ر الماس ه پ وليش ش دند. ب راي بررس ي ري زس اختاري، محل ول حكـ اكي نايتـ ال 2 درصـ د بـ راي فـ ولاد و محلـ ول حكـ اكي 260ml HCl+6grCuCl2+5ml H2O براي اينكونل مورد استفاده واقع شدند. براي بررسي دقيقتر فصل مشترك از آناليز الكترون بازگشتي ميكروسكوپ الكتروني روبشي به همراه طيـف سـنجيEDS استفاده گرديد.
بررسي استحكام اتصالات انفجاري براي بررسي استحكام اتصالات جوشكاري انفجـاري، اسـتحكامبرشــي آنهــا انــدازهگيــري گرديــد . بــراي ايــن منظــور طبــقاستاندارد DIN50162 [21] نمونـه هـاي اسـتحكام برشـي آمـادهشدند. شماتيك آزمون و نمونهها د ر شكل (3) ديده مي شود. دو عدد نمونه موازي و عمود بر جهـت انفجـار از داخـل نمونـههـ اي اتصاليافته مطابق استاندارد توسط واير كات ساخته شدند.

شكل (1): آرايش موازي مورد استفاده در آزمونها

شكل (2): نمايي از شبيهسازي برخورد دو ورق به همراه كانتورهاي مقادير سرعت حركت صفحه پرنده پس از 22 ميكروثانيه از آغاز انفجار

جدول (3): خصوصيات تنظيمي آزمونهاي صورت پذيرفته و فصل مشتركهاي حاصله
آزمون
فاصله توقف (mm) بار انفجاري
(R)
سرعت برخورد
(m/s)
زاويه
ديناميكيبرخورد
(درجه) شكل فصل مشترك ميانگين طولامواج
(ميكرون) ميانگين دامنه امواج
(ميكرون) توزيع مناطق
ذوب موضعي درفصل مشترك
1 3 1 763 9/42 موجي كوتاه 3/72 27 كم
2 4 1 906 10/59 موجي كوتاه همراه كمي گردابه 5/35 32 مناطق كوچك
در جلوي برخي گردابهها
3 2 1/5 604 8/41 موجي- مسطح 30 100 بسياركم
4 3 1/5 786 9/81 موجي كوتاه 5/42 37 مناطق كوچك نيمه پيوسته
5 4 1/5 917 11 موجي همراه گردابه 33 144 بستههاي
كوچك جلوي گردابهها

شكل (3): روش و نمونه آزمون استحكام برشي اتصال بر اساس استاندارد DIN50162، الف): نمونه، ب): فيكسچر آزمون [21]

۵

شكل (4): ريزساختار اوليه الف): اينكونل 718 ب): فولاد H13.

شكل (5): فصل مشتركهاي تشكيلشده در آزمونهاي انفجاري

سپس با دسـتگاه كـشش و قيـد و بنـد مخـصوص كـه طراحـي وساخته شـد، نمونـه هـا تحـت فـشار قـرار گرفتنـد. ابتـدا مـساحت دقيــق زائــده انــدازهگيــري شــده و پــس از قرارگيــري نمونــه در فيكـــسچر، فـــشار بـــا نـــرخ 1 ميلـــيمتـــر بـــر دقيقـــه بـــر نمون ه وارد گردي د. ت نش شك ست ب ر اس اس تق سيم م اكزيمم حد نيرو اعمالي بر مـساحت زائـده گـزارش مـيگـردد . ميـانگيناستحكام دو نمونه به عنوان استحكام نهايي گزارش گرديد.

بررسي سختي مقطع عرضي اتصالات
جهت تعيين ميزان تاثير فشار ناشي از انفجار بر روي مرز مشتركو مناطق اطراف آن، آزمون ريزسختي سـنجي ويكـرز بـا بـار 50 گ رم در ط ول 2 خ ط مح ور عم ود ب ر ف صل م شترك ات صال نمونههاي پوليش شده و با فواصل 25، 50، 75، 100، 200 و 500 ميكــرون از فــصل مــشترك اتــصال و در دو طــرف آن انجــامپذيرفت و با ميانگينگيري نتايج، پروفيـل ريـزسـختي بـر حـسبفاصله از فصل مشترك در تمامي نمونهها رسم گرديد.

نتايج و بحث
بررسيهاي ريزساختاري
ريزساختار اوليه سوپر آلياژ اينكونل 718 و فـولاد گرمكـارH13 در ش كل (4) دي ده م يش وند. س اختار س وپرآلياژ مت شكل از دانههاي آستنيت و دوقلويي هـاي آنيـل بـوده و سـاختار فـولاد ازمارتنزيت تمپر شده به همراه كاربيدهاي پراكنده در زمينه تشكيل شده است . كليه آزمون هاي صورت گرفته بـا متغيرهـاي مختلـف موفقيتآميز بـوده اسـت. شـكل (5) نمايـانگر ريزسـاختار فـصلمشترك آزمون هاي صورت گرفته با تغيير بار انفجـاري و فاصـلهتوقف ميان ورقها مي باشد. شكل (5) نشان مـيدهـد كـه شـكلفصل مشترك هاي حاصله به سه صورت مسطح، موجي و موجيهمراه با گردابه ايجاد گرديـده اسـت. شـكل (5) نـشان مـيدهـدفصل مشتركي با امـواج كوتـاه بـراي آزمـونهـاي يـك و چهـار
ايجاد شده و فصل مشتركي موجي – مسطح بـراي آزمـون سـه وفصل مشترك موجي با گردابه براي آزمونهاي دو و پنج حاصلش ده اس ت. نت ايج ج دول (3) ن شان م يده د ك ه در ي ك ب ار انفجاري ثابت، با افزايش فاصله توقـف سـرعت برخـورد صـفحهپرنده و زاويه ديناميكي برخورد افزايش يافته و هم چنين در يكفاصله توقف ثابت با افـزايش بـار انفجـاري نيـز سـرعت برخـوردصفحه پرنده و زاويـه دينـاميكي برخـورد افـزايش مـييابـد . ايـنموضوع نمايانگر آن است كه صفحه پرنده به سرعت حـد نهـاييبرخورد نرسيده است. ميانگين طول و دامنه امـواج حاصـله مـورد اندازهگيري واقع شده كه در جدول (3) ملاحظـه مـيگردنـد . بـاتوجه بـه شـكل (5 – الـف و ب) و جـدول (3)، در نمونـه بـا بـارانفجاري يك ، با افزايش فاصله توقف و افـزايش انـرژي جنبـشيبرخورد، فصل مشترك به سمت حالت گردابهاي تغييـر نمـوده وطول موج و دامنه امواج افزايش يافته است. در آزمون هاي با بـار انفج اري 5/ 1، هم انط ور ك ه در ش كله اي (5 – ج، د و ه) و جدول (3) ملاحظه مي گردد، در نمونه با كمتـرين فاصـله توقـفبه دليل ك م بـودن زاويـه دينـاميكي برخـورد، فـصل مـشتركي بـهصورت موجي – مسطح ايجاد شـده و بـا افـزايش فاصـله توقـففصل مشترك به سمت حالت موجي و مـوجي همـراه بـا گردابـهتغيي ر ش كل م يده د. اف زايش فاص له توق ف و اف زايش زاوي ه ديناميكي برخورد باعث افزايش تغيير شكل صفحه پرنده در حين برخورد شده و تغيير شكل در فصل مشترك اتصال ميگـردد . بـاب الا رف تن ف شار از اس تحكام ت سليم دين اميكي دو فل ز در نقط هبرخورد و بـه علـت تفـاوت مـومنتم فـشاري در دو سـمت فـصلمشترك كه در نتيجه تفاوت در چگالي و سرعت حركـت مـوجدر دو فلز ميباشد، نقطه برخورد در هنگـام اتـصال دچـار نوسـانميشود. اين نوسانات با افزايش سرعت برخـورد افـزايش يافتـه ومواد در مجاورت نقطه برخورد در حجـم بـزرگتـري اسـتحكامخود را از دست داده و رفتار پلاستيك شـبه سـيال از خـود نـشانميدهند و در نتيجه طول موج در فصل مشترك اتصال به تدريجبا افزايش سرعت برخورد افزايش مي يابد جدول (3). بـا افـزايشبيشتر زاويه برخورد، قلهي موج در جهت حركت موج انفجـاريتغيير شكل پيدا نموده و فصل مشترك گردابهاي شكل (5) ايجاد ميگردد [22]. همان طـور كـه در شـكل (5) مـشاهده مـيشـود،طول امواج فـصل مـشترك نيـز بـر اثرتغييـرات زاويـه دينـاميكيبرخورد در هنگام اتصال ورقها تغيير مينمايد.

شكل (6): تصوير آشكارساز الكترون بازگشتي فصل مشترك آزمونهاي جدول (3): الف): آزمون شماره 1، ب): آزمون شماره 2، ج): آزمون شماره 4، د): آزمون شماره 5.

٧

شكل (7): آناليز EDS از مناطق فصل مشترك، الف): منطقه اينكونل (نقطه شماره 5)، ب): منطقه فولاد (نقطههاي شماره 1و 2)، ج): منطقه جلوي گردابه موج
(نقطه شماره 3)، د): منطقه جلوي گردابه موج (نقطه شماره 4)، ه): منطقه مورد آناليز

3-2- بررسي ريزساختاري ميكروسكوپ الكتروني روبشي شــكل (6) نمايــانگر تــصاوير فــصل مــشترك هــاي حا صــله از آزم ونه ـاي مختل ف، توس ط آشكارس از الكت ـرون بازگ ـشتي ميكروسكوپ الكتروني روبشي ميباشد. شكل (6) نمايانگر يكتغيير وضعيت واضح مابين دو آلياژ اتصاليافته در فصل مـشتركميباشد. در جوشكاري انفجاري دو فصل مشترك فلـز بـه فلـز وفلز به مـذاب انجمـاد يافتـه مـيتوانـد در فـصل مـشترك حاصـلگردد. در فشارهاي برخوردي بالا، گردابهها مـي تواننـد در فـصلمشترك اتصال ايجاد شوند و اين گردابهها ممكن است در برخي مناطق فصل مشترك ايجاد مناطق ذوب موضعي نمايند كه ايجـاداين من اطق بر اساس ايجـاد گرمـاي بـي دررو در اثـر گيـر افتـادنگردابه در جلوي جبهه برخي امواج ميباشد. اين مناطق موضـعيبا فلز سرد اطراف احاطه شده و تحت سرعت سـرد شـدن بـالاييدر حـد K/S 107 -105 قـرار دارد [23]. جـدول (3) نمايـانگرنح وه توزيــع ايــن منــاطق در ف ـصل مــشتركهــاي حاصــله در آزمونهاي انجام شده ميباشد.
با توجه به جدول (3) و شـكل (6) ملاحظـ ه مـيشـود بـا افـزايشفاصله توقف و يـا ميـزان بـار انفجـاري بـه دليـل افـزايش فـشار وانرژي برخورد ميزان اين منـاطق در فـصل مـشترك خـصوصا درمجاورت گردابه موجها افزايش مييابد. همچنين از آنجـايي كـهضريب هدايت حرارتي آلياژ اينكونل (1-11.4 W-m-1-K) كمتر از ض ريب ه دايت حرارت ي ف ولاد(28.4 W-m-1-K-1) H13 ميباشد در هنگام سردشدن اين تركيبات به جهت انتقال حرارتبيشتر به سمت اينكونل، در سـمت اينكونـل متمركـز مـيگردنـد شكل (6). آناليزEDS نيز براي نمونه از داخـل منطقـه نـشان دادهشده در شكل (7 – ه) مربوط به جلوي يكي از گردابههاي ايجـادشده (آزمون شماره 5) صورت پذيرفته كه نتـايج آن همـانطـوركه در شكل (7) مشاهده ميشود نمايانگر ايجاد تركيبي مخلـوطدر اين منـاطق موضـعي از دو آليـاژ، بـر اسـاس ماهيـت حركـتتلاطمي و چرخشي جت گيرافتاده در اين مناطق مـي باشـد [23].
همانطوركه بـا مقايـسه شـكل (7 – ج و د) ديـده مـيشـود ايـنتركيب در نقاط مختلف به دليل سرعت سرد شدن بـالا و تلاطـمجت گيرافتـاده، از غيـر يكنـواختي تركيـب شـيميايي برخـوردار ميباشد.

شكل (8): تغييرات ريزسختي برحسب فاصله از فصل مشترك اتصال براي آزمونهاي با بار انفجار يك

شكل (9): تغييرات ريزسختي برحسب فاصله از فصل مشترك اتصال براي آزمونهاي با بار انفجار يك و نيم

3-3- بررسي هاي ريزسختي سنجي
تغييرات ريز سختي آزمون ها در بار انفجاري ثابت در طول فـصلم شترك ات صال ، در ش كلهــاي (8 و 9) ملاحظ ه م ـي گــردد.
همچنين ميزان سختي در مجاورت فصل مـشترك هـر اتـصال درجدول (4) ملاحظه ميگردد. نتـايج ريزسـختي سـنجي نمايـانگرافزايش سختي در دو آلياژ مورد اتصال با نزديك شدن بـه فـصلمشترك را دارد كه ميتوانـد بـر اسـاس تغييـر شـكل پلاسـتيكيشديد در اين منطقه و پديده سخت شدن شوكي ناشـي از امـواجانفجار [24] توجيه گـردد. ايـن تغييـرات بـه طـور شـديدتري در سمت سوپرآلياژاينكونل ملاحظه ميگردد. در آزمون هاي بـا بـار
روكشكاري ٩
انفجاري يك، با افزايش فاصله توقـف همـانطـور كـه در شـكل(8) ملاحظه مي گردد سخ تي در فصل مشترك كاهش يافتـه كـهعلت اين موضوع ميتواند بر اسـاس افـزايش سـرعت برخـورد وايجاد فصل مشترك گردابـهاي بـا افـزايش ميـزان فاصـله توقـفتوجي ه گ ردد ك ه اف زايش س رعت و ان رژي برخ وردي، باع ث افزايش دما در فصل مشترك و امكان سيلان بيشتر شده كه باعثافت سختي در فصل مـشترك گرديـده اسـت. بـراي نمونـههـايآزمونهاي با بار انفجاري يك و نيم، همانطور كه در شكل (9) ملاحظه مي شود ميـزان سـختي بـراي نمونـه بـا فاصـله توقـف دوميلــيمتــر بــه دليــل كــم بــودن ســرعت برخــوردي و ماهيــت موجي – مسطح بـودن فـصل مـشترك شـكل (5 – ج) از مقـداركمتري نسبت به ديگرآزمونها برخوردار بوده و با افزايش فاصلهتوقف، سختي در آزمونهاي ديگر به دليل تغيير شكل پلاستيكشديدتر ناشي از سرعت برخورد بالاتر افزايش يافته است.

شكل (10): تغييرات استحكام برشي اتصالات در بار انفجاري ثابت با فاصله توقف
ماكزيمم سختي براي نمونه با فاصـله توقـف 3 ميلـيمتـر در حـد541 ويكرز در دو سمت فـصل مـشترك حاصـل شـده اسـت. بـاافزايش فاصله توقف به 4 ميلي متر و ايجاد مناطق گردابهاي بيشتر ناشي از افـزايش دمـا سـختي در مجـاورت فـصل مـشترك افـتنموده است شكلهاي (5 – ه و 6 – د و 7- ه).

شكل (11): تغييرات استحكام برشي اتصالات در فاصله توقف ثابت با بار انفجاري

3-4- اندازهگيري استحكام برشي نتايج آزمون هاي استحكامي اتصالات صورت گرفتـه در جـدول(4) ملاحظه مي گردد. ه مچنين تغييرات استحكام برشي با فاصـلهتوقف در بار انفجاري ثابت، و ايـن تغييـرات بـا بـار انفجـاري درفاصله توقف ثابت، در شكلهاي (10) و (11) ملاحظه مـيشـود .
شكل (10) نشان ميدهد در نمونههاي اتصال يافته با بار انفجـارييك، با افزايش فاصله توقف استحكام افزايش يافته كه ميتوانـدبراساس افزايش دامنه امواج حاصله در فصل مشترك جدول (3) و افزايش اثر قفل شوندگي مكانيكي ناشي از افزايش سطح مـوثراتصال [12] در فصل مشترك توجيه گردد. اسـتحكام اتـصالاتصورت گرفته با بار انفجاري يك و نيم داراي يك مقدار كمينـه در فاص له توقف سه ميليمتر مـيباشـد كـه ايـن مقـدار كمينـه بـراساس ايجاد حالت موجي شكل بـا طـول مـوج كوتـاه و كـاهشسطح موثر اتصال و اثر قفل شـوندگي مكـانيكي ناشـي از امـواج ش كل (5 – د) و ايج اد لاي ه نيم ه پيوس ته ذوب موض عي ش كل (6 – ج) در فصل مـشترك ايجـاد مـيگـردد . شـكل (11) نـشان ميدهد كـه در يـك فاصـله توقـف ثابـت بـا افـزايش ميـزان بـارانفجاري، به استحكام فصل مشترك افزوده مي شـود . بـا افـزايشبار انفجاري و سرعت برخـورد، بـه ميـزان انـرژي برخـوردي نيـزاف زوده م يگ ردد و در نتيج ه ب ا اف زايش ان رژي داخل ي ف صل مشترك، استحكام افزايش مييابد.

4- نتيجهگيري
فصل مشترك هـايي بـه صـورت مـوجي – مـسطح، مـوجي وموجي گردابه اي در فصل مـشترك اينكونـل 718 – فـولاد گـرم كار ايجاد شده است.
با افزايش فاصله توقف در بار انفجاري ثابت و با افـزايش بـارانفجــاري در فاصــله توقــف ثابــت، ســرعت برخــورد و زاويــهديناميكي برخورد افزايش مييابد.
سختي با نزديك شدن به فصل مشترك افزايش مـييابـد كـهتغييرات سختي در اينكونل شديدتر ميباشد. 4- استحكام برشي فصل مشترك تابع تغييرات فاصله توقف و بارانفجاري و مورفولوژي فصل مشترك ميباشد.

5- مراجع
S. A. Rizvi and T. I. Khan, “Investigating the Change in Wear Behavior of Tool Steel after Surface Melting and Gaseous Alloying”,Trib Int, Vol. 32, pp. 567-574, 1999.

T. I. Khan, S. A, Rizvi and K. Matsuura, “The Effect on Wear Behavior of H13 Tool Steel Surfaces Modified using a Tungsten arc Heat Source”, Wear, Vol. 244, pp. 154-164, 2000.

C. Bournicon, “Stresses and Damage Modes in Forging Tools”, Traitements Thermiques (France), Vol. 246, pp.
70–77, 1999.

Specialty Handbook, Tool Materials, ASM, 1995.

Metals Handbook, Welding, Brazing, and Soldering, ASM, 1991.

P. Fournier and A. Bennani, “Interet du Rechargment des Outils de Forgeagea Chaud Fortement Sollicites”, Bulletin du cercle d’ Etudes des Metaux (France), Vol. 18, pp.
.1–20, 2000.

J. N. Dupont, C. V. Robino and A. R. Marder, “Solidification and Weld Ability of Nb-Bearing Super Alloys”, Weld J, Vol. 77, pp. 417-431, 1998.

J. N. Dupont, C. V. Robino, A. R. Marder, M. R. Notis and J. R. Michael, “Solidification of Nb-Bearing Superalloys: Part I. Reaction Sequences”, Meta Mater Trans A, Vol. 29, pp. 2785-2796, 1998.

G. A. Knorovsky, M. J. Cieslak, T. J. Headley, A. D. Romig and W. F. Hammetter, “INCONEL 718: A Solidification Diagram”, Meta Mater Trans A, Vol. 20, pp.
2149-2158, 1989.

T. Z. Blazynsky, “Explosive Forming Welding and
Compaction”, Applied Science Publisher, 1983.

S. Ettaqi, L. Langlois and R. Bigot, “Cobalt-based super Alloy Layers Deposited on X38CrMoV5 Steel Base Metal by Explosion Cladding Process”, Surf coat & Tech, Vol.
202, pp. 3306-3315, 2008.

A. Durgutlu, H. Okuyucu and B. Gulenc, “Investigation of Effect of the Stand-off Distance on Interface Characteristics of Explosively Welded Copper and Stainless Steel”, Mater &Des, Vol. 29, pp. 1480-1484, 2008.

M. Acarer, B. Gulenc and F. Findik, “Investigation of Explosive Welding Parameters and Their Effects on Micro Hardness and Shear Strength”, Mater & Des, Vol. 24, pp.
659-664, 2003.

N. Kahraman and B. Gulenc¸ “Microstructural and Mechanical Properties of Cu–Ti Plates Bonded through Explosive Welding Process”, Mater Proc Tech, Vol. 169, pp. 67–71, 2005.

B. Gulenc¸ “Investigation of Interface Properties and Weldability of Aluminum and Copper Plates by Explosive Welding Method”, Mater & Des, pp. 275–278, 2008.

A. Durgutlu, B. Gulenc and F. Finidik, “Examination of Copper/Stainless Steel Joints Formed by Explosive Welding”, Mater & Des, Vol. Vol. 26, pp. 497–507, 2005.

S. A. A. Akbari Mousavi and S. T. S. Al-Hassani, “Numerical and Experimental Studies of Mechanism of Wavy Interface Formations in Explosive/Impact Welding”, J Mech Phys Sol, Vol. 12, pp. 251–279, 2005.

S. A. A. Akbari Mousavi, S. T. S. Al-Hassani and S. J. Burley, “Simulation of Explosive Welding using the Williamsburg Equation of State to Model Low Detonation Velocity Explosives”, Int J Imp Eng, Vol. 31, pp. 719–734, 2005.

S. A. A. Akbari Mousavi, S. T. S Al-Hassani, W. Byers Brown and S. J. Burley, “Simulation of Explosive Welding with ANFO Mixtures”, J Prop Expl Pyrot, Vol. 29, pp.
188–196, 2004.

S. A. A. Akbari Mousavi, S. T. S. Al-Hassani and L. A. Barrett, “Explosive Welding of Metal Plates”, Mater Proc Tech, Vol. 202, pp. 224-239, 2008.

Standard 50162, “Determination of Shear Strength between Cladding Metal and Parent Metal in Shear Test”, DIN, 1978.

س. ع. ا. اكبري موسوي و پ. فرهادي سرتنگي، “جوشكاري انفجاري صفحات تيتانيم خالص تجاري به فولاد زنگ نزن 304″، پاياننامه كارشناسي ارشد مهندسي مواد، دانشكده فني دانشگاه تهران، 1385.

S. A. A. Akbari Mousavi and P. Sartangi, “Experimental Investigation of Explosive Welding of Cp-titanium/AISI 304 Stainless Steel”, Mater & Des, Vol. 30, pp. 459-468, 2009.

R.. Kacar and M. Acarer, “An Investigation on the Explosive Cladding of 316 Lstainless Steel-din-P355GH Steel”, J Mater Proc Tech, Vol. 152, pp. 91-96, 2004.



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید