Wpływ obróbki cieplnej na zmiany strukturalne oraz własności mechaniczne bimetali Ti/Ni wytwarzanych metodą spajania wybuchowego

• Autorzy: Bański R. , Paul H. , Prażmowski M. , Miszczyk M.

Warianty tytułu

EN

The effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties changes of Ti/Ni bimetals produced by explosion bonding

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zmiany, jakie dokonują się w strefie połączenia poszczególnych warstw w wyrobach spajanych wybuchowo są kluczowe dla zmian we właściwościach użytkowych platerów. W niniejszej pracy analizowano układ Ni/Ti (alloy 201/Gr.1) wykonany z blach o małej grubości (1 mm/1 mm), łączonych technologią zgrzewania wybuchowego. Badaniom poddano platery w stanie "po połączeniu" oraz po zabiegach obróbki cieplnej, symulujących rzeczywiste warunki pracy. Zmiany mikrostruktury, składu chemicznego oraz własności mechanicznych bimetalu analizowano z wykorzystaniem mikroskopii optycznej oraz elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM), jak również poprzez pomiary mikrotwardości. Szczególną uwagę skoncentrowano na zmianach, jakie dokonują się w obszarach położonych w pobliżu strefy połączenia. Analiza zmian składu chemicznego, jakie dokonują się w pobliżu warstwy spojenia, prowadzona była z wykorzystaniem SEM wyposażonego w system EDX. Natomiast zmiany morfologiczne (np. formowanie się strefy drobnokrystalicznej) oraz zmiany w topografii orientacji w nanoobszarach analizowano z wykorzystaniem systemu pomiaru orientacji lokalnych w SEM. W pracy opisano zróżnicowane przypadki występowania obszarów warstwy przetopionej. W platerach w stanie "po połączeniu" zidentyfikowano obszary przetopione, występujące sporadycznie w zawinięciu fal. Badania stereologiczne tych obszarów pozwoliły na wyznaczenie, tzw. równoważnej grubości przetopień (współczynnik RGP). Współczynnik RGP dla tych złącz jest niewielki (max. do 4,73 [mi]m). W złączach po zgrzewaniu i obróbce cieplnej pomiędzy Ni a Ti zidentyfikowano również dodatkową warstwę przejściową, nie występującą w platerach w stanie wyjściowym bez obróbki cieplnej. Pomiary mikro-twardości wykazały znaczne umocnienie w obszarze złącza (do 200-250 HV0,2) oraz skokowo jego wzrost w warstwach przetopionych (do 811 HV0,2). Obróbka cieplna platerów spowodowała spadek umocnienia w tych obszarach. Analiza otrzymanych wyników wykazała, że technologia zgrzewania wybuchowego pozwala na uzyskanie bimetalu z blach o małych grubościach o dobrej jakości połączenia.

EN

The events that occurs close to the interface of explosively welded bimetallic components are of key importance for functional properties of clads. This research study is focused on microstructural changes that occurs close to the interface of explosively welded Ni/Ti (alloy 201/Gr.1) sheets (1 mm/1 mm). The changes in microstructure, chemical composition and mechanical properties were analysed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) equipped with EDX and EBSD systems as well as through the microhardness measurements. The studies were focused on a detailed characterization of the intermediate layers close to the interface, i.e. an identification of the intermetallic phases and the possible interdiffusion between the Ni and the Ti. The obtained results showed that explosive welding technology allows manufacturing of a "good" bimetals composed of thin sheets. The wavy and the flat interfaces between the bonded metals were outlined by a characteristic sharp transition; there is no mechanical mixing between the welded materials in the solid state. However, the explosive jet heating gives rise to a significant increase of temperature and to melting some volumes of both sheets at the Ni/Ti interface. A few kinds of intermetallic compounds of the NimTin - type were identified inside the melted volumes and those mostly populated take a form a thin continuous layer. Interest is also directed towards the detailed characterization of the morphology of the intermetallic compounds.

Słowa kluczowe

PL

zgrzewanie wybuchowe; platery Ni/Ti; obróbka cieplna; faza międzymetaliczna

EN

explosive bonding; Ni/Ti plates; heat treatment; intermetallic phase

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 57, nr 5
• Strony: 312--318
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Bański R.

autor

Paul H.

autor

Prażmowski M.

autor

Miszczyk M.

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Opole

Bibliografia

• 1. Banker, J.: Advances in Explosion Welding” Chapter 15, The Handbook of Advanced Welding. Woodhead Publishing Ltd, London, 2004.
• 2. Dyja H., Maranda A., Trebinski R.: Technologie wybuchowe w inżynierii materiałowej. Wydaw. Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej, 2001.
• 3. Lysak V. I., Kuzmin S. V., Bagmutov V. P.: Physical foundations and fields of practical application of explosive welding of metals. Izvestiya VUZ Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya, 2007, nr 1, s. 26-36.
• 4. Nobili A., Masri T., Lafont M. C.: Recent developments in characterization of a titanium steel explosion bond interface. Proceedings of Reactive Metals in Corrosive Applications Conference, Eds. Wah Chang, Albany, 1999, s. 89-98.
• 5. Paul H., Faryna M., Prażmowski M., Banski R.: Changes in the bonding zone of explosively welded sheets. Archives of Metallurgy and Materials, 2011, t. 56, nr 2, s. 463-474.
• 6. Król S., Bański R., Szulc Z., Gałka A.: Practical aspects of structural tests of titanium‐steel bonds made by explosive cladding and exposed to thermal process loads. Advances in Material Science, 2007; s. 50-56.
• 7. Paul H., Miszczyk M., Prazmowski M., Szulc Z.: Analiza zmian w warstwie połączenia płyt Al/Cu spajanych wybuchowo. Inżynieria Materiałowa 2010, nr 5, s. 1339-1346.
• 8. S.A.A. Akbari Mousavi, S.T.S. Al‐Hassani, A.G. Atkins: Bond strength of explosively welded specimens. Materials and Design 2007, nr 29, s. 1334-1352.
• 9. Paul H., Miszczyk M., Prażmowski M.: Experimental investi‐gation of texture gradients in aluminium/copper plates bonded through explosive welding process. Materials Science Forum, 2011 [in press]