Wpływ zmian strukturalnych w strefie połączenia na własności mechaniczne platerów stal węglowa/cyrkon zgrzewanych z wykorzystaniem energii wybuchu

• Autorzy: Prażmowski M. , Paul H. , Morgiel J.

Warianty tytułu

EN

Effect of microstructure of joint area on mechanical properties of explosively welded carbonsteel and zirconium sheets

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy analizowano zmiany, jakie dokonują się w warstwach pośrednich dwuwarstwowych układów platerów stal węglowa/Zr wytwarzanych z wykorzystaniem energii wybuchu oraz wpływem tych zmian na makroskopowe własności wyrobu. Zmiany mikrostrukturalne, w składzie chemicznym oraz w wielkości umocnienia analizowano w stanie „po spojeniu” na próbkach wyciętych z platerów wytworzonych przy zróżnicowanej prędkości detonacji. W prowadzonej analizie kluczowe są przemiany wywołane „dynamicznymi” zmianami temperatury. Przeprowadzone badania wykazały, że proces spajania prowadzi do nadtopienia łączonych metali, a ekstremalnie duże szybkości chłodzenia sprzyjają formowaniu się w strefie przetopień twardych faz amorficznych lub drobnokrystalicznych o zróżnicowanym składzie chemicznym. Stwierdzono, że silne obniżenie własności wytrzymałościowych plateru związane jest ze wzrostem ilości „grubych” stref przetopień, w których pojawiają się makro- i mikropęknięcia. Natomiast pojawienie się pomiędzy łączonymi blachami cienkiej, ciągłej warstwy przetopień, pozbawionej pęknięć, sprzyja poprawie parametrów wytrzymałościowych połączenia. Warstwa ta, o grubości mierzonej w dziesiątkach nanometrów umożliwia trwałe „spojenie” łączonych metali.

EN

The paper analyzes the changes of microstructure, chemical and phase composition taking place in the joint area of explosively welded carbon steel with zirconium sheets and their effect on the strength of such connection. The performed analysis showed that the ‘dynamic’ changes of temperature accompanying such processes are of key importance. The explosive welding process leads to a local melting of the metal sheets, which next allows crystallization of brittle phases. Presence of the latter affects the mechanical properties of the final clad. Extremely high cooling rates in the joining area favour, the formation of meta-stable phases. It was observed that, in order to obtain joint of high strength, a presence of thin continuous re-melted layer between the joined metal sheets is necessary. This layer, of mixed amorphous and nano-crystalline microstructure, of tens of nanometers thick, enables formation of a ‘good weld’ between the joined metal sheets.

Słowa kluczowe

PL

spajanie wybuchowe; platery stal węglowa/cyrkon; strefa przetopień; mikrostruktura; transmisyjna mikroskopia elektronowa

EN

explosive welding; carbon steel/Zr clad; melted zone; microstructure; transmission electron microscopy

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 25, nr 4
• Strony: 257--276
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Prażmowski M.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków

autor

Paul H.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków
• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Opole

autor

Morgiel J.

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Opole

Bibliografia

• [1] Blazynski T.Z.: Explosive Welding. Forming and Compaction. Applied Science Publishers LTD, New York 1983.
• [2] Dyja H., Maranda A., Trębiński R.: Technologie wybuchowe w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo WMiIM Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001.
• [3] Findik F.: Recent developments in explosive welding. Materials and Design No. 32 (2011), s. 1081–1093.
• [4] Paul H., Litynska-Dobrzynska L., Prazmowski M.: Microstructure and phase constitution near the interface of explosively welded aluminum/copper plates. Metall. Mater. Trans. A No. A44 (2013), s. 3836–3851.
• [5] Song J., Kostka A., Veehmayer M., Raabe D.: Hierarhical microstructure of explosive joints: Examples of titanium to steel cladding. Mat. Sci. Engn. A No. A528 (2011), s. 2641–2647.
• [6] Paul H.: Interfacial reactions during explosive bonding. Mater. Sci. Forum (2014), będzie opublikowane / to be published.
• [7] Prażmowski M., Paul H., Bański R.: Wpływ wybranych parametrów zgrzewania wybuchowego na własności i strukturę bimetalu cyrkon - stal węglowa. Rudy i Metale Nieżelazne R. 56 nr 11 (2011), s. 697–703.
• [8] Prażmowski M., Paul H., Rozumek D., Marcisz E.: Influence of the microstructure near the interface on the fatigue life of explosively welded (carbon steel)/Zr clads. Key Engineering No. 592–593 (2014), s. 704–707.
• [9] Paul H., Prażmowski M., Morgiel J., Faryna M., Skuza W.: Przemiany fazowe w strefie połączenia blach zgrzewanych z wykorzystaniem energii wybuchu. Rudy i Metale Nieżelazne R. 58 nr 11 (2013), s. 603–610.
• [10] Prażmowski M., Paul H., Zok F.: Wpływ obróbki cieplnej na własności oraz strukturę bimetalu cyrkon/(stal węglowa) wykonanego technologią zgrzewania wybuchowego. Rudy i Metale Nieżelazne R. 58 nr 11 (2013), s. 644–651.
• [11] Prażmowski M.: Badanie mechanizmów odkształceń i przemian strukturalnych układów z materiałów stalowych platerowanych metodą zgrzewania wybuchowego stopem cyrkonu Zr700. Sprawozdanie z realizacji projektu NCN Nr: N N507 457 839, Opole 2014, s. 1–90.