Effect of brazing temperature on microstructure and mechanical properties of dissimilar joints of titanium/stainless steel joint brazed by Al interlayer

• Autorzy: Szwed B. , Konieczny M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury spajania na mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne połączeń tytan/stal nierdzewna wykonanych przy użyciu aluminium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In present investigation diffusion brazed joints between titanium (Grade 2) and stainless steel (X5CrNi18-10) using 100 μm thick aluminum foil as a filler metal were produced at the temperature range from 550 to 700°C for 60 minutes under 2 MPa bonding pressure in vacuum. The effect of temperature on 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. The FeAl3 and Fe2Al5 intermetallic layers were observed at the stainless steel-aluminum interfaces. At the aluminum-titanium interfaces TiAl, TiAl2, TiAl3 intermetallic layers were identified. The thickness of the reaction products increases with increase in the joining temperature. The highest shear strength (91 MPa) was achieved for samples prepared at 600°C.

PL

Lutowanie dyfuzyjne zostało wykonane pomiędzy tytanem (Grade 2) a stalą nierdzewna (X5CrNi18-10) z wykorzystaniem foli aluminiowej o grubości 100 μm. Lutowanie zostało przeprowadzone w temperaturach od 550 do 700°C w czasie 60 minut pod dociskiem 2 MPa w próżni. Wpływ temperatury na mikrostrukturę połączenia został przebadany na mikroskopie optycznym oraz elektronowym mikroskopie skaningowym wyposażonym w mikroanalizator rentgenowski (EDS). Na granicy stali nierdzewnej z aluminium wydzieliły się warstwy faz FeAl3 oraz Fe2Al5. Struktura załącza od strony tytanu składała się oraz warstw faz międzymetalicznych TiAl, TiAl2, TiAl3. Grubość warstw reakcyjnych rosła wraz ze wzrostem temperatury lutowania. Najwyższą wytrzymałość (91 MPa) uzyskano podczas testów ścinania technologicznego połączeń lutowanych w temperaturze 600°C.

Słowa kluczowe

EN

diffusion brazing; temperature; titanium; stainless steel; Al interlayer; microstructure; mechanical properties

PL

lutowanie dyfuzyjne; temperatura; tytan; stal nierdzewna; międzywarstwa Al; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 89, nr 6
• Strony: 6--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szwed B.

• Kielce University of Technology

autor

Konieczny M.

• Kielce University of Technology

Bibliografia

• [1] J. R. Davis: ASM Handbook, Volume 02 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, 2nd ed. Portland, Asm International Handbook Committee, 1990.
• [2] M. Ghosh, S. Chatterjee: Diffusion bonded transition joints of titanium to stainless steel with improved properties, Materials Science and Engineering A, vol.358 (1-2), pp. 152-158, 2003.
• [3] F. Möller, M. Grden, C. Thomy, F. Vollertsen: Combined laser beam welding and brazing process for aluminum titanium hybrid structures, Physics Procedia, vol.12 pp. 215-223, 2011.
• [4] Lee M.K., J.J. Park, G.J. Lee, D.W. Kim, C.H. Lim, C.K. Rhee, S.J. Hong: Corrosion of Ti–STS dissimilar joints brazed by a Ag interlayer and Ag–Cu–(Pd) alloy fillers, Journal of Nuclear Materials, vol.409 (3), pp. 183-187, 2011.
• [5] W. Yao, A. Wu, G. Zou, J. Ren: Formation process of the bonding joint in Ti/Al diffusion bonding, Materials Science and Engineering A, vol.480 (1), pp. 456-463, 2008.
• [6] Z. Ma, C. Wang, H. Yu, J. Yan, H. Shen: The microstructure and mechanical properties of fluxless gas tungsten arc welding–brazing joints made between titanium and aluminum alloys, Materials and Design, vol. 45 pp. 72-79, 2013.
• [7] A. Elrefaey, W. Tillmann: Microstructure and mechanical properties of brazed titanium/steel joints, Journal of Materials Science, vol. 42, pp. 9553-9558, 2007.
• [8] S. Kundu, D. Roy, S. Chatterjee, D. Olson, B. Mishra: Influence of interface microstructure on the mechanical properties of titanium/17-4 PH stainless steel solid state diffusion bonded joints, Materials and Design, vol.37, pp. 560-568, 2012.
• [9] M. Konieczny, R. Mola: Fabrication, microstructure and properties of laminated iron-intermetallic composites, Steel Research International, vol.79, pp. 499-505, 2008.
• [10] B. Szwed, M. Konieczny: Microstructure and Mechanical Properties of Joints of Titanium with Stainless Steel Performed Using Nickel Filler, Archives of Metallurgy and Materials, vol.61 (2B), pp. 997-1001, 2016.
• [11] B. Szwed, M. Konieczny: 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 Engineering, vol. 67 (1), pp. 21-25, 2014.
• [12] M. Balasubramanian: Characterization of diffusion-bonded titanium alloy and 304 stainless steel with Ag as an interlayer, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol.82 (1), pp.153-162, 2008.
• [13] S. Kundu, S. Chatterjee: Interface microstructure and strength properties of diffusion bonded joints of titanium–Al interlayer–18Cr–8Ni stainless steel, Materials Science and Engineering A, vol.527 (10-11), pp. 2714-2719, 2010.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).