Wpływ docisku na mikrostrukturę i własności mechaniczne połączeń wykonywanych pomiędzy tytanem a stalą austenityczną za pośrednictwem aluminium

• Autorzy: Szwed B. , Konieczny M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/67.2017.7.3

Warianty tytułu

EN

Effect of bonding pressure on microstructure and mechanical properties of titanium and stainless steel joints with an aluminum interlayer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Lutowanie dyfuzyjne zostało wykonane pomiędzy tytanem (Grade 2) a stalą austenityczną (X5CrNil8-10) z wykorzystaniem foli aluminiowej o grubości 120 pm. Lutowanie zostało przeprowadzone w temperaturze 600°C. Czas wytrzymania próbek w piecu wynosił 60 min pod dociskiem 2, 4, 6 oraz 8 MPa. Proces spajania przeprowadzono z zastosowaniem próżni. Wpływ docisku na mikrostrukturę połączenia został przebadany na mikroskopie optycznym oraz elektronowym mikroskopie skaningowym, wyposażonym w mikroanalizator rentgenowski (EOS). Lutowiny różniły się wyraźnie od siebie w zależności od zastosowanego docisku podczas procesu lutowania. Połączenie pomiędzy materiałami skutkuje formowaniem się faz międzymetalicznych na granicach łączonych materiałów. Aluminiowa przekładka skutecznie blokowała dyfuzję pomiędzy tytanem a stalą austenityczną, zapobiegając powstaniu faz między metalicznych z układu równowagi Fe-Ti. Na granicy stali austenitycznej z aluminium wydzieliły się warstwy faz FeAI3 oraz FeJ\\'s Struktura złącza od strony tytanu składała się z warstwy fazy międzymetalicznej TiAI2 oraz nieprzereagowanego aluminium. Badanie wykazało, że docisk jest ważnym czynnikiem do kontroli właściwości mechanicznych połączeń spajanych dyfuzyjnie. Najwyższą wytrzymałość na ścinanie (88 MPa) uzyskano dla próbek przygotowanych przy użyciu najwyższej wartości docisku.

EN

In present investigation diffusion bonded joints between titanium (Grade 2) and stainless steel (X5CrNi 18-10) using 120 pm thick aluminum foil as a filler metal were produced at 600°Cfor 60 minutes under: 2,4, 6 and 8 MPa pressure in vacuum. The microstructure was investigated using light optical microscopy and scanning electron microscopy equipped with an energy dispersive X-ray system (EDS) to determine chemical composition of joint. Area of the brazed joints were different from each other depending on the pressure applied during the brazing process. Joining between dissimilar materials results in formation of intermetallic phases in the interface. The aluminum interlayer effectively blocked the diffusion of titanium to stainless steel side, thus prevented from formation of Fe-Ti intermetallic phases on the boundaries of joined materials. The FeAI3 and Fe2AI5 intermetallic layers were observed at the stainless steel-aluminum interfaces. At the aluminum-titanium interfaces TIAI2 intermetallic layer and unreacted aluminum were identified. The investigation shows that the pressure is important factor to control mechanical properties of diffusion bonded joints. The highest shear strength (88 MPa) was achieved for samples prepared using the highest pressure value.

Słowa kluczowe

PL

lutowanie dyfuzyjne; tytan; aluminium; stal austenityczna; mikrostruktura; wytrzymałość na ścinanie

EN

diffusion bonding titanium; aluminum; stainless steel; microstructure; shear strength

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 62, nr 7
• Strony: 11--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szwed B.

• Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia. Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

autor

Konieczny M.

• Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia. Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

Bibliografia

• [1] Balasubramanian Manian. 2008. ..Characterization of diffusion--bonded titanium alloy and 304 stainless steel with Ag as an interlayer". International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology 82: 153-162.
• [2] Dziadoh Andrzej, Renata Mola, Ludwik Btaz. 2011. ..Formation of layered Mg/eutectic composite using diffusional processes at the Mg-AI interface". Archives of Metallurgy and Materials 56 (3): 577-684.
• [3] Ghosh Mainak, Subrata Chatterjee. 2003. ..Diffusion bonded transition joints of titanium to stainless steel with improved properties". Materials Science and Engineering A 358: 152-158.
• [4] He Peng William, Xin Yue, Jh Zhang. 2008. „Hot pressing diffusion bonding of a titanium alloy to a stainless steel with an aluminum alloy interlayer" Materials Science and Engineering A 486:171-176,
• [5] Kato Hiroshi, Shoji Abe, Toshihiko Tomizawa. 1997. Jnterfacial structures and mechanical properties of steel—Ni and steel—Ti diffusion bonds" Journal of Materials Science 32 (32): 5225-5232
• [6] Kawalec Andrzej, Kazimierz Oczos. 2012. Ksztattowanie metali lekkich. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWIM
• [7] Konieczny Marek, Barttomiej Szwed, Renata Mola. 2015. „Dif-fusion bonding and transient liquid phase joining of titanium to AISI 304 stainless steel with an aluminum interlayer" W METAL 2015:24rd International Conference on Metallurgy and Materials, 1513-1518.
• [8] Konieczny Marek, Renata Mola. 2008. ..Fabrication, microstruc¬ture and properties of laminated iron-intermetallic composites" Steel Research International79: 499-505.
• [9] Konieczny Marek. 2010. ..Mechanical properties and deformation behaviour of laminated titanium-intermetallic composites syn-thesised using Ti and Cu foils" Kovove Materialy-Metallic Materials 48(1): 47-53.
• [10] Kundu Sukumar, Denis Roy, SubrataChatterjee, David Olson, Bra-jendra Mishra. 2012. ..Influence of interface microstructure on the mechanical properties of titanium/17-4 PH stainless steel solid state diffusion bonded joints". Materials and Design 37: 560-558.
• [11] Kundu Sukumar, Subrata Chatterjee. 2008. ..Characterization of diffusion bonded joint between titanium and 304 stainless steel using a Ni interlayer". Materials Characterization 59: 631-637.
• [12] Kundu Sukumar, Subrata Chatterjee. 2010. ..Interface microstruc¬ture and strength properties of diffusion bonded joints of tita¬nium—Al interlayer-18Cr-8Ni stainless steel". Materials Science and Engineering A 527 (10): 2714-2719.
• [13] Lee M. K., J. J. Park, G. J. Lee, J. G. Lee, D. W. Kim, C. H. Lim, C. K. Rhee, Y. B. Lee, J. K. Lee, S. J. Hong. 2011. ..Corrosion of Ti-STS dissimilar joints brazed by a Ag interlayer and Ag-Cu-(Pd) alloy fillers". Journal of Nuclear Materials 409: 183-187.
• [14] Lin San-bao, Jian-ling Song, Chun-li Yang, Guang-chao MA. 2009. ..Metallurgical and mechanical investigations of aluminium-steel butt joint made by tungsten inert gas welding-brazing". Science and Technology of Welding and Joining 14: 636-639.
• [15] Ma Zhipeng, Changwen Wang, Hanchen Yu, Jiuchun Yan, Haoran Shen. 2013. „The microstructure and mechanical properties of fluxless gas tungsten arc welding-brazing joints made between titanium and aluminum alloys". Materials and Design (45): 72-79.
• [16] Mdller F, M. Grden, C. Thorny, F. vollertsen. 2011. ..Combined laser beam welding and brazing process for aluminum titanium hybrid structures". Physics Procedia 12:215-223.
• [17] Szwed Barttomiej, Marek Konieczny. 2014. ..Influence of diffusion bonding parameters on the structure and properties of titanium and stainless steel joints with copper interlayer". Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering67: 21-25.
• [18] Szwed Barttomiej, Marek Konieczny. 2016. ..Microstructure and Mechanical Properties of Joints of Titanium with Stainless Steel Performed Using Nickel Filler". Archives of Metallurgy and Materials 61:997-1001.
• [19] Takeshita Kunimasa, Yuhji Terakura. 1998. „A novel approach for predicting the tensile strength of brazed joints". Metallurgical and Materials Transactions A 29 (2): 587-592.
• [20] Wei Yao, Wu Aiping, Zou Guisheng, Ren Jialie. 2008. ..Formation process of the bonding joint in Ti/AI diffusion bonding". Materials Science and Engineering A 480: 456-463.