Changes in the bonding zone of explosively welded sheets

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

Warianty tytułu

PL

Zmiany w warstwie połączenia płyt zgrzewanych wybuchowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the presented paper two sets of Al/Cu and Ti/Ni sheets bonded through the explosive welding process was thoroughly analyzed. A particular attention was drawn to describe the changes in microstructure and chemical composition within the volumes close to the bonding interface. Optical microscopy as well as scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy were applied in the above studies whereas strain hardening across the welding zone was determined by Vickers microhardness measurements. Optical microscopy revealed the coexistence of wavy (dominant) and flat interfaces in both sets of plates. Electron microscopy studies showed that the interface was characterized by sharp transition between two metals. For the Cu/Al sheets local melted zones were found mainly at the front slope of the waves where fluctuations in chemical composition were observed. Melting inside intermediate layers resulted in formation of intermetallic phases of the CumAln-type while in the case of Ti/Ni sheets a continuous intermetallic layer of TimNin-type delimitating both sheets was found.

PL

W pracy analizowano zmiany struktury i składu chemicznego w zgrzewanych wybuchowo płytach w dwu układach blach, tj. Al/Cu i Ti/Ni wytworzonych z materiałów o czystości technicznej, ze szczególnym uwzględnieniem zmian, jakie następują w warstwach położonych w pobliżu strefy połączenia. Przeprowadzono wieloskalowe badania z wykorzystaniem mikroskopii optycznej, elektronowej mikroskopii skaningowej i spektrometru dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego GENESIS oraz badania w skali transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Dla obydwu układów łączonych płyt, dla zastosowanych parametrów technologicznych procesu spajania obserwowano silne zmiany geometryczne na powierzchni łączonych blach. Szczegółowym badaniom poddano te platery, które zakwalifikowano, jako ‘poprawnie połączone’, tj. charakteryzujące się wymaganą stosownymi normami wytrzymałością połączenia. W najczęściej obserwowanych przypadkach uzyskane połączenie można sklasyfikować, jako płaskie lub faliste z fazą pośrednią. W wyniku przetopienia w strefie połączenia (w obydwu analizowanych układach) obserwowano tworzenie się faz międzymetalicznych typu CumAln oraz TimNin. Wskazuje to na zmieniającą się wzajemną koncentrację poszczególnych pierwiastków w zależności od analizowanego obszaru. Inną charakterystyczną cechą procesu spajania było wystąpienie silnego umocnienia po obydwu stronach warstwy fazy międzymetalicznej. Zróżnicowanie pomiędzy łączonymi platerami, w najbardziej transparentny sposób ujawnia się poprzez zróżnicowaną grubość strefy pośredniej wypełnionej fazą międzymetaliczną. O ile w układzie Cu/Al występuje silna skłonność do jej pojawienia się dla bardzo szerokiego spektrum parametrów technologicznych procesu spajania, o tyle w przypadku układu Ti/Ni pojawia się ona raczej sporadycznie a uzyskane połączenie ma najczęściej charakter płaski. W tym ostatnim przypadku także i fluktuacje składu chemicznego w kierunku normalnym do powierzchni połączenia są znacznie mniejsze aniżeli dla układu Cu/Al.

Słowa kluczowe

EN

explosive bonding; Cu/Al and Ti/Ni plates; intermediate layer; intermetallic phase

PL

zgrzewanie wybuchowe; płyty Cu/Al i Ti/Ni; warstwa pośrednia

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 2
• Strony: 463--474
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paul H.

autor

Faryna M.

autor

Prażmowski M.

autor

Bański R.

• Polish Academy of Science, Institute of Metallurgy and Materials Science, 30-059 Kraków, 25 Reymonta Str., Poland

Bibliografia

• [1] Explosion Welding, Fundamentals of Process, Welding Handbook 3, 264-277 (1992).
• [2] B. Crossland, J.D. Williams, Explosive Welding, Metals Review 15, 79-100 (1970).
• [3] H. Dyja, A. Maranda, R. Trębiński, Technologie wybuchowe w inżynierii materiałowej, Wydawnictwo Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej, 2001 (in Polish).
• [4] N. Kahraman, B. Gülenç, Microstructural and mechanical properties of Cu-Ti plates Bondem through explosive welding process, Journal of Materials Processing Technology 169, 67-71 (2005).
• [5] Y. Li, H. Hashimoto, E. Sukedia, Y. Zhang, Z. Zhang, Morphology and structure of various phases at the bonding interface of Al/steel formed by explosive welding, Journal of Electron Microscopy 49, 5-16 (2000).
• [6] A. G. Mamalis, A. Szalay, N.M. Vaxevanidis, D.I. Pantelis, Macroscopis and microscopic phenomena of nickel/titanium ‘shape memory’ bimetallic strips fabricated by explosive cladding and rolling, Materials Science and Engineering A 188, 267-275 (1994).
• [7] S. A. A. Akbari Mousavi, P. Farhadi Sartangi, Experimental investigations of explosive welding of cp-titanium/AISI 304 stainless steel, Materials and Design 30, 459-468 (2009).
• [8] N. Kahraman, B. Gülenç, F. Findik, Joining of titanium/stainless steel by explosive welding and effect on interface, Journal of Materials Processing Technology 169, 127-133 (2005).
• [9] Y-H. Fu, J-G. Cui, J-W. He, Interface toughening of Al-Cu laminate composite, Materials Science and Engineering, A355, 1-6 (2003).
• [10] Y. Yang, B. Wang, J. Xiong, Amorphous and nanograins in the bonding zone of explosive cladding, Journal of Materials Science 41, 3501-3505 (2006).
• [11] M. Mazar Atabaki, Microstructural evolution in the partial transient liquid phase diffusion bonding of Zircalloy-4 to stainless steel 321 using active titanium filler metal, Journal of Nuclear Materials 406, 330-344 (2010).
• [12] H. Paul, M. Miszczyk, M. Prażmowski, Z. Szulc, Analiza zmian w warstwie połączenia płyt Al/Cu spajanych wybuchowo, Inżynieria Materiałowa Nr 5/2010, 1339-1346 (in Polish).
• [13] S. A. A. Akbari Mousavi, S.T.S. Al-Hassani, A.G. Atkins, Bond strength of explosively welded specimens, Materials and Design 29, 1334-1352 (2007).