Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A comprehensive study on the microstructure and mechanical properties of arc girth welded joints of spiral welded high strength API X70 steel pipe

Węglowski M. S., Dymek S., Kopyściański M., Niagaj J., Rykała J., de Waele W., Hertelé S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 1

179--196

EN

In the paper, the effect of welding technology on the microstructure and mechanical properties of girth welded joints was presented. Metallographic examinations based on light microscopy and SEM were conducted on girth welded joints of API X70 steel pipe. Research has shown that microstructure of the heat-affected zone (HAZ) of MMA girth welded joints is not homogeneous and depends on the thermal history of each area during the welding process. Near the fusion line the zone is coarse, and further away there is a fine-grained zone. In the area of root passes the microstructure consists of recrystallized ferrite grains unlike to cap passes where the fine bainitic microstructure can be observed. In the case of MAG girth welded joints, the weld microstructure consists of primary austenite grains. The primary austenite boundaries serve as nucleation sites of ferrite. The microstructure of the HAZ varies continuously from a coarse - to fine-grained microstructure of the base material. The results of mechanical properties of girth welded joints are also presented. The hardness and strength of arc welded joints depend on welding filler materials as well as welding technology. The results of hardness distribution of MMA and MAG girth welded joints confirmed the results of microstructural evaluation.

2

Mikrostruktura i własności połączenia stopu aluminium 6082 wykonanego metodą tarciową z mieszaniem materiału z użyciem narzędzia typu bobbin

Kopyściański M., Dymek S., Małczak M., Węglowska A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2018

|

Vol. 85, nr 4

115--120

PL

W pracy zaprezentowano analizę mikrostruktury i własności mechanicznych połączeń stopu aluminium 6082-T6 wykonanych metodą tarciową z mieszaniem materiału z zastosowaniem narzędzia szpulowego (typu bobbin). Mikrostrukturę i własności połączenia analizowano dla różnych wartości prędkości zgrzewania i obrotów narzędzia. Wykazano, że stosowanie narzędzia szpulowego prowadzi do wytworzenia zgrzein pozbawionych wad i niezgodności spawalniczych. Stwierdzono jednak, że mikrostruktura połączeń wykonanych narzędziem bobbin jest istotnie różna od mikrostruktury zgrzein wykonanych konwencjonalną metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem zgrzeiny. Pomimo podobieństwa mikrostruktury zgrzein wykonanych narzędziem bobbin przy różnych warunkach zgrzewania, własności mechaniczne były mocno zróżnicowane – zgrzewanie przy większej energii przyczyniało się do obniżenia własności wytrzymałościowych i plastycznych.

EN

The paper presents metallographic and mechanical testing analyses of friction stir welded 6082-T6 aluminum wrought alloy performed by a bobbintype tool. The microstructure and mechanical properties were discussed as a function of welding parameters, i.e. rotational and welding velocities. It was shown that friction stir welding with bobbin-type tool produces sound weldments, however, their microstructure is different from microstructure of weldments produced during conventional friction stir welding. Despite similarity of microstructures the mechanical properties of weldments strongly depended on welding parameters – high energy welding conditions resulted in worse mechanical properties in relation to both tensile strength and ductility.

3

Numerical Simulations for Bobbin Tool Friction Stir Welding of Aluminum 6082-T6

Hamilton C., Dymek S., Węglowska A., Pietras A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 3

1115--1123

EN

Aluminum 6082-T6 panels were joined by friction stir welding utilizing a bobbin tool. A thermal simulation of the process was developed based upon machine torque and the temperature dependent yield stress utilizing a slip factor and an assumed coefficie nt of friction. The torque-based approach was compared to another simulation established on the shear layer methodology (SLM), which does not require the slip factor or coefficient of friction as model inputs. The SLM simulation, however, only models hea t generation from the leading edges of the tool. Ultimately, the two approaches yielded matching temperature predictions as both methodologies predicted the same overall total heat generation from the tool. A modified shear layer approach is proposed that adopts the flexibility and convenience of the shear layer method, yet models heat generation from all tool/workpiece interfaces.

4

Microstructural and Mechanical Characterization of Electron Beam Welded Joints of High Strength S960QL and Weldox 1300 Steel Grades

Błacha S., Węglowski M. S., Dymek S., Kopyściański M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

627--634

EN

The paper shows the results of metallographic examination and mechanical properties of electron beam welded joints of quenched and tempered S960QL and Weldox 1300 steel grades. The aim of this study was to examine the feasibility of producing good quality electron beam welded joints without filler material. Metallographic examination revealed that the concentrated electron beam significantly affects the changes of microstructure in the weld and the adjacent heat affected zone (HAZ) in both steel grades. The microstructure of the welded joints is not homogeneous. The four zones, depending on the distance from the weld face, can be distinguished. Basically, the microstructure of the weld consists of a mixture of martensite and bainite. However, the microstructure of HAZ depends on the distance from the fusion line. It is composed of martensite near the fusion line and a mixture of bainite and ferrite in the vicinity of the base material. Significant differences in mechanical properties of the welded joints were observed. For a butt welded joint of the S960QL steel grade the strength is at the level of the strength of the base material (Rm = 1074 MPa). During the bending test the required angle of 180° was achieved. The impact strength at –40°C was 71,7 J/cm2 . In the case of the Weldox 1300 steel grade butt welded joints exhibit high mechanical properties (Rm = 1470 MPa), however, the plastic properties are on the lower level than for the base material.

5

Mikrostruktura i odporność korozyjna powłok ze stopu Inconel 625 napawanych na rury kotłów w spalarniach odpadów w środowisku gazów agresywnych

Solecka M., Kopia A., Dymek S., Radziszewska A., Gut S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 4

147--154

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i składu chemicznego powłok ze stopu Inconel 625 napawanych metodą CMT (Cold Metal Transfer) na rury kotłów stosowanych w spalarniach odpadów komunalnych w stanie po napawaniu oraz po teście korozji. Badania odporności na korozję wysokotemperaturową powłok przeprowadzono w temperaturze 750˚C w czasie 1000 h. Eksperyment został przeprowadzony w mieszaninie gazów agresywnych – 9%O2+0,2%HCl+0,08%SO2+N2. Badania mikrostruktury powłok przeprowadzono za pomocą mikroskopu świetlnego oraz skaningowego. Skorodowaną powierzchnię stopu zbadano za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (SEM, TEM). Próbki poddano również analizie jakościowej i ilościowej składu chemicznego za pomocą spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS). Dyfrakcyjna rentgenowska analiza fazowa (XRD) ujawniła powstawanie na powierzchni próbki związków: Cr2O3, Ni3Mo, CrNbO4 i niestechiometrycznego związku Cr0,4Ni0,6. Na powierzchni spoiny stwierdzono obecność tlenku Fe2O3.

EN

In the paper results of microstructure and chemical composition of the alloy Inconel 625 deposited coatings by CMT on the boiler tubes for waste incineration plants. The corrosion test at 750˚C temperature for 1000 h in aggressive environment (9%O2+0.2%HCl+0.08SO2+N2) was performed. The microstructure and chemical compositions of the deposited coatings were analysis using light and scanning electron microscopy. The corrosion products of the coatings were characterized by electron scanning and transmission microscopy (SEM, TEM). For quantitative description of the chemical composition of corroded weld overlays the energy depressive X-ray spectroscopy analysis (EDS) was used. The X-ray diffraction characteristics of the scale showed that surface corrosion processes induce the formation of a Cr2O3, Ni3Mo and nonstoichiometric Cr0.4Ni0.6. The presence of iron in the cladded weld surface is conducive to the formation of Fe3O4 oxide.

6

Microstructural Characterization and Mechanical Properties of Electron Beam Welded Joint of High Strength Steel Grade S690QL

Błacha S., Węglowski M. S., Dymek S., Kopuściański M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

1193--1200

EN

In the paper the results of metallographic examination and mechanical properties of electron beam welded joint of quenched and tempered steel grade S690QL are presented. Metallographic examination revealed that the concentrated electron beam significantly affect the changes of microstructure in the steel. Parent material as a delivered condition (quenched and tempered) had a bainitic-martensitic microstructure at hardness about 290 HV0.5. After welding, the microstructure of heat affected zone is composed mainly of martensite (in the vicinity of the fusion line) of hardness 420 HV0.5. It should be noted, however, that the microstructure of steel in the heat affected zone varies with the distance from the fusion line. The observed microstructural changes were in accordance with the CCT-S transformation diagram for the examined steel.

7

Struktura i właściwości powłok ze stopów Inconel 625 i 686 napawanych metodą CMT na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych

Kusiński J., Blicharski M., Cieniek Ł., Dymek S., Rozmus-Górnikowska M., Solecka M., Faryj K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

363--367

PL

W artykule zaprezentowano wyniki kompleksowych badań mikrostruktury, składu chemicznego, właściwości mechanicznych oraz odporności korozyjnej dotyczących powłok ze stopów Inconel 625 oraz 686 napawanych na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych przeznaczonych do spalania odpadów. Ściany szczelne i rury kotłów wykonane ze stali 16Mo3 zostały napawane metodą CMT (Cold Metal Transfer — przenoszenie zimnego metalu) w SEFAKO S.A. Grubość napawanych powłok wynosiła średnio ok. 2,5 mm, a strefy wpływu ciepła w rurach ok. 0,6 mm. Badania mikroskopowe prowadzono z wykorzystaniem: mikroskopii świetlnej i elektronowej (skaningowej i transmisyjnej), rentgenowskiej analizy fazowej i mikroanalizy składu chemicznego techniką EDS. Badano zmiany składu chemicznego na przekroju powłok oraz segregację dendrytyczną pierwiastków. Ponadto badano wytrzymałość napawanych rur i ścian szczelnych oraz zmiany twardości na granicy wtopienia i w strefie wpływu ciepła oraz na grubości powłoki. Próby wytrzymałościowe wykazały, że rury i ściany szczelne napawane stopami Inconel 625 oraz 686 wykazują dużą wytrzymałość oraz plastyczność. Mikroanaliza zawartości żelaza w powłokach ze stopów Inconel 625 oraz 686 pokazała, że jego koncentracja szybko zmniejsza się do poziomu poniżej 5% mas. w odległości ok. 30 μm od linii wtopienia, a niski poziom zawartości Fe (poniżej 3% mas.) utrzymuje się również w strefie przypowierzchniowej powłoki. Badania wykazały, że w wyniku mikrosegregacji zachodzącej w trakcie krzepnięcia napawanych powłok rdzenie dendrytów są bogatsze w Ni, Fe i Cr, natomiast obszary międzydendrytyczne w Mo oraz Nb (w przypadku stopu 625). Wykazano, że W w powłokach ze stopu 686 segreguje w znacznie mniejszym stopniu niż Nb w powłokach z Inconelu 625. Analiza mikrostruktury z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej wskazuje na znacznie mniejszą niejednorodność powłok ze stopu Inconel 686 w porównaniu z powłokami ze stopu Inconel 625. co w przypadku Inconel 686 skutkowało większą odpornością na korozję wysokotemperaturową w popiołach ze spalarni odpadów niż Inconelu 625.

EN

In the paper results of complex microstructural, microchemical, mechanical and corrosion resistance investigations of Inconel 625 and 686 weld overlays deposited onto boiler pipes and membrane walls, which are used within boilers for waste incineration, are described. The membrane walls and boiler pipes (made of 16Mo3 steel) were weld overlaid in the SEFAKO S.A. using CMT (Cold Metal Transfer) technique. The average thickness of weld deposited coatings was about 2.5 mm, while thickness of the heat affected zone in pipes about 0.6 mm. The microstructure and chemical composition of the deposited coatings were analyzed using light, scanning and transmission electron microscopes connected to an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) apparatus. The chemical composition variations in the content of Ni, Fe, Cr, Mo and Nb in the direction perpendicular to the coatings surface and dendritic microsegregation were examined. Moreover, mechanical properties were determined using tensile test samples made of overlaid pipes and membrane walls. Examinations showed a high strength and plasticity of the Inconel 625 and 686 weld overlaid boiler pips and membrane walls. EDS Microprobe measurements of the Inconel 625 and 686 weld overlays showed the Fe content rapidly decreasing in the direction from the Fe-rich substrate towards the coating to the level of 5 wt % within 30 μm, and near the coating surface the Fe content reaches level of only about 3%. Research showed that due to microsegregation that occurs during the process of solidification of the Inconel 625 weld overlays, the cores of the dendrites are richer in Ni, Fe and Cr, while the areas between dendrite arms, the so-called interdendritic regions, are richer in Mo and Nb. It was shown that W in 686 alloy segregates much less than Nb in Inconel 625 coatings. Microstructural analysis of the deposited coatings showed that the Inconel 686 weld overlays exhibit a higher level of structural homogeneity when compared to the Inconel 625, which results in a better corrosion resistance of the Inconel 686 weld overlays when tested at 650°C in the corrosive ash environment during incineration of waste.

8

Powłoki ze stopu Inconel 686 napawane metodą CMT na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych do spalania odpadów

Kusiński J., Blicharski M., Cieniek Ł., Dymek S.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

15--19

PL

W pracy analizowano strukturę oraz zmiany składu chemicznego w powłokach ochronnych z komercyjnego stopu Inconel 686, które zostały napawane na elementy kotłów techniką CMT (Cold Metal Transfer). Zewnętrzne powierzchnie rur oraz ścian szczelnych kotłów (wykonanych ze stali 16Mo3) zostały napawane metodą CMT w warunkach przemysłowych w SEFAKO S.A. Badania mikroskopowe prowadzono z wykorzystaniem: mikroskopii świetlnej i elektronowej skaningowej (LM oraz SEM). Zgłady metalograficzne poddano również jakościowej i ilościowej mikroanalizie składu chemicznego techniką EDS (badano zmiany składu chemicznego na przekroju napoiny ze szczególnym uwzględnieniem zawartości Fe oraz segregację dendrytyczną pierwiastków Fe, Ni, Cr, Mo oraz W), stosując detektor firmy EDAX. Badania wykazały, że w wyniku mikrosegregacji zachodzącej w trakcie krzepnięcia napoin rdzenie dendrytów bogatsze są w Ni oraz Fe, natomiast obszary międzydendrytyczne w Cr i Mo. Wykazano, że W segreguje w znacznie mniejszym stopniu niż Nb w napoinie z Inconelu 625. Podczas krzepnięcia najsilniej segreguje molibden, który tworzy wydzielenia faz TCP, natomiast pozostałe pierwiastki segregują w znacznie mniejszym stopniu.

EN

The aim of this work was to investigate the development of microstructure and variations in chemical composition in commercial Inconel 686 coatings overlaid by the CMT (Cold Metal Transfer) technique on the boiler elements. For the experiments the external surface of boiler pipes and membrane walls made of 16Mo3 steel were clad with Inconel 686 alloy in the SEFAKO S.A. boilers factory using the CMT technique. Microstructural examinations of the Inconel 686 overlays were carried out by light and scanning electron microscopy (LM and SEM). The metallographic samples were subjected to qualitative and quantitative analyses of chemical composition (used for determining variations in the content of Ni, Fe, Cr, Mo and W) by means of energy dispersive spectroscopy (EDS) using a detector manufactured by the EDAX company. The investigation showed that microsegregation occurring during the weld overlay solidification makes the dendrite cores to be richer in Ni and Fe while the interdendritic regions richer in Mo, Cr and W. Tungsten and chromium show relatively low tendency to segregation during solidification (much lower than niobium in Inconel 625) while molybdenum tends to segregate and form the precipitates of a TCP phases.

9

Mikrostruktura połączeń stopów aluminium 2017A i 7075 wykonanych metodą tarciową z mieszaniem materiału

Kopyściański M., Pietras A., Węglowska A., Małyszko M., Dymek S.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

334--337

PL

W pracy badano mikrostrukturę zgrzein stopów aluminium 2017A i 7075 wykonanych metodą tarciową z mieszaniem materiałów (FSW). Zgrzeiny były pozbawione wad i niezgodności spawalnicze. Mikrostruktura połączeń była różna dla różnych konfiguracji łączonych materiałów, tzn. zależała od tego, który ze stopów znajdował się po stronie natarcia, a który po stronie spływu. W obu przypadkach mikrostruktura spoiny jest zbudowana z naprzemiennych pasm obu mieszanych materiałów. Mikrostruktura tych pasm była różna: pasma stopu 7075 charakteryzowały się mniejszym ziarnem i większą ilością wydzieleń w przeciwieństwie do pasm stopu 2017A. W środku jądra dominował materiał, który znajdował się po stronie natarcia. Profile zmian twardości na przekroju poprzecznym połączeń wykonane wzdłuż linii w środku grubości złącza wykazywały różnice w obszarze jądra zgrzein w zależności od konfiguracji złącza. Profile twardości miały kształt litery W, który jest charakterystyczny dla stopów aluminium umacnianych wydzieleniowo. Profil twardości dla konfiguracji 2017A–7075 był symetryczny względem środka zgrzeiny, a profil dla konfiguracji odwrotnej był przesunięty w kierunku strony natarcia. Granica plastyczności i wytrzymałość złącza była większa, gdy stop miększy (2017A) znajdował się po stronie natarcia.

EN

The paper deals with an investigation of dissimilar friction stir welding of 2017A and 7075 aluminium alloys. The produced welds were free from cracks and welding discontinuities. The weld microstructure was unlike in nature for different configuration of welded alloys, i.e. it depended on the material that was placed on advancing and retreating sides. In both configurations the microstructure exhibited banded structure consisted of alternating welded alloys. The microstructure of particular bands was different: bands of the 7075 alloy exhibited smaller grain size and higher amount of second phase particles comparing to the bands of 2017A alloy. The material that was placed on the advancing side dominated in the centre of the weld nugget. The hardness profiles across different zones on the transverse section taken along a line in the weld mid-thickness showed substantial differences within the weld nugget depending on the weld configuration. In both cases the hardness exhibited a W-shaped profile typical for heat treated aluminium alloys. The profile for the configuration 2017A–7075 was symmetrical in relation to the weld center while the profile for the opposite configuration was shifted toward the advancing side. The yield and tensile strengths were higher when the softer material (2017A) was located on the advancing side.

10

Natural Aging Behavior Of Friction Stir Welded Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloys

Kalemba I., Kopyściański M., Hamilton C., Dymek S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

875--879

EN

The long term natural aging behavior of friction stir welded aluminum 7136-T76 and 7042 T6 extrusions was investigated. The microstructural characteristics and mechanical properties in the as-welded and six years naturally aged conditions were studied and correlated to a coupled thermal/material flow model of the joining process. Hardness profiles for the 7136 alloy taken along the mid-plane thickness of the workpiece displayed the characteristic W-shape. With natural aging, hardness recovery occurred on both sides of the weld, but the position of the hardness minima, particularly on the advancing side, shifted away from the weld centerline. The hardness profile for the 7042 alloy displayed U-shape in the as-welded condition and W-shape after natural aging. The hardness behavior upon natural aging correlated to the temperature profile developed during welding and the degree to which phase dissolution occurred in the regions adjacent to the stir zone.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące długoterminowego starzenia naturalnego złączy stopów aluminium 7136-T76 i 7042-T6 wykonanych metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału. Złącza w stanie po zgrzewaniu oraz po 6 latach starzenia naturalnego scharakteryzowano pod względem mikrostrukturalnym oraz mechanicznym. Wyniki badań skorelowano z modelem termicznym i modelem płynięcia materiału podczas zgrzewania. Profil twardości złącza stopu 7136 wykazuje charakterystyczny kształt litery „W”. Starzenie naturalne powoduje wzrost twardości, przy czym minimum twardości, szczególnie po stronie natarcia, odsuwa się od środka złącza. Profil twardości złącza stopu 7042 przyjmuje kształt litery „U” po zgrzewaniu i kształt litery „W” po starzeniu naturalnym. Takie zachowanie twardości po starzeniu naturalnym jest związane z temperaturą podczas procesu zgrzewania oraz stopniem, w jakim rozpuszczają się fazy w obszarach sąsiadujących ze strefą mieszania.

11

Influence of the tool shape and weld configuration on microstructure and mechanical properties of the Al 6082 alloy FSW joints

Krasnowski K., Hamilton C., Dymek S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 1

133--141

EN

The paper deals with an investigation of the influence of tool shape and weld configuration on the microstructure and mechanical properties of Al 6082 alloy FSW joints. Three types of tool with different probe shapes and shoulder surfaces and two weld configurations (one-sided and two-sided) were used in experiments. It was shown that all tool types produce high quality butt joints free from defects or imperfections. The best tensile performance was obtained for FSW joints produced by a conventional and Triflute tool. The results obtained for joints produced by a simple unthreaded probe without grooves and with a flat shoulder are significantly lower. The joint configuration influenced mechanical properties – the two-sided welds exhibited lower mechanical properties due to greater heat transference into the material during the second pass. The changes in mechanical properties reflected changes in weld microstructure, in particular, the softening of the weld nugget was associated with intense dynamic recovery producing grains that were nearly free of dislocations. A hypothesis explaining the well-known differences in microstructure between the advancing and retreating sides is also advanced. The differences were predicted based on a recently elaborated coupled thermal/flow model developed for FSW joints.

12

Własności połączeń stopu aluminium 7042 wykonanych metodą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem materiału

Kopyściański M., Dymek S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 4

197--203

PL

Celem badań była ocena mikrostruktury i własności mechanicznych połączeń stopu 7042 wykonanych metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny (Friction Stir Welding – FSW). Badania mikrostruktury i własności mechanicznych zostały przeprowadzone na materiale rodzimym oraz na materiale zawierającym zgrzeiny wykonane z różnymi prędkościami obrotowymi narzędzia: 175, 225, 250, 300, 350 i 400 obr/min (pozostałe parametry były stałe). Wszystkie badane zgrzeiny były wolne od niezgodności spawalniczych, lecz wizualnie bez typowego jądra charakterystycznego dla większości zgrzein stopów aluminium wykonanych metodą FSW. Strefa zmieszania zgrzeiny była zbudowana z bardzo małych i równoosiowych ziaren o średniej średnicy kilku mikrometrów. Zaobserwowano różnicę pomiędzy profilami twardości dla małych i dużych prędkości obrotowych narzędzia: profile dla mniejszych prędkości charakteryzowały się tylko jednym minimum, a dla większych – dwoma minimami.

EN

This research program evaluates the mechanical properties of the friction stir welded (FSW) 7042 aluminum alloy extrusions. Friction stir welding, as a non-conventional joining technique, was invented in 1991 in The Welding Institute in Great Britain. The objective of this study was to evaluate the microstructural changes and resulting mechanical properties occurred during friction stir welding of the age-hardenable 7042 aluminum alloy bars. Mechanical testing was performed on the baseline material and on friction stir welded panels produced at different rotational speeds: 175, 225, 250, 300 and 400 RPM (all other weld parameters were held constant). The FSW joints of all tested samples were free from welding defects and exhibited macroscopically uniform structure, i.e. without a characteristic nugget encountered in other friction stir welded aluminum alloys. The center of the weld was composed of very small and equiaxed grains with an average diameter of several micrometers. There was a striking difference between hardness profiles for lower and higher rotation speeds: profiles for lower speeds exhibited singular minima while for larger speeds two minima were observed.

13

Mikrostruktura i własności mechaniczne Inconelu 625 napawanego na stale kotłowe

Petrzak P., Blicharski M., Dymek S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 4

204--207

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę zmian mikrostruktury, składu chemicznego i twardości stali kotłowych (w postaci ścian szczelnych kotłów energetycznych) napawanych Inconelem 625. Wykonano badania makro- i mikrostruktury, parametrów geometrycznych (w tym grubości napoiny), twardości i składu chemicznego (zawartości żelaza przy powierzchni napoiny oraz segregacji dendrytycznej).

EN

The article is focused on the characterization of microstructure, chemical composition and hardness of waterwall tubing weld overlay coated by Inconel 625. The analysis included a study of macro- and microstructure, geometrical parameters (including overlays thickness), hardness and chemical composition (iron content in the overlay near surface areas).

14

Odporność na korozję warstwową połączeń stopu aluminium 7042 wykonanych metodą FSW

Kopyściański M., Kalemba I., Dymek S.

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 11

538--540

PL

W pracy dokonano analizy odporności na korozję warstwową złącz stopu 7042 wykonanych metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny. Stop ten należy do grupy stopów o zastosowaniu lotniczym. Test korozyjny został przeprowadzony w oparciu o normę ASTM G34. Test ten wykazał nierównomierność w odporności korozyjnej na powierzchni górnej badanego złącza, co potwierdzają również badania przy użyciu profilometru optycznego. Uzupełnieniem badań odporności na korozję warstwową było przeprowadzenie badań potencjometrycznych dla poszczególnych stref otrzymanego złącza. Dodatkowo zostały przeprowadzone badania mikroskopowe przy użyciu TEM.

EN

The paper presents an analysis of the exfoliation corrosion resistance of the 7042 aluminium alloy joints made by FSW. This alloy belongs to a group of aluminium alloys used in aerospace industry. The corrosion test was conducted based on ASTM G34. This test showed differences in corrosion resistance between particular regions on the weld top surface. These differences were also confirmed by tests conducted on an optical profilometer. The corrosion resistance test were supplemented by potentiostatic tests for each zone in the weld. In addition, microscopic studies were performed using a TEM.

15

Odporność korozyjna doczołowych złączy stopu Al 7136-T76511 otrzymanych metodą FSW po starzeniu naturalnym

Kalemba I., Kopyściański M., Dymek S.

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 11

540--542

PL

W artykule przedstawiono wyniki testu korozyjnego doczołowych złączy stopu aluminium 7136-T76511 zgrzewanych metodą FSW oraz określono jak zmieniła się odporność korozyjna złącza po 6 latach od zgrzewania. Przeprowadzony test EXCO wykazał, że odporność korozyjna złącza uzależniona jest od poszczególnych stref mikrostrukturalnych złącza. Najmniejszą skłonność do korozji wykazuje strefa zmieszania. Strefa cieplno-plastyczna i strefa wpływu ciepła wykazują najmniejszą odporność korozyjną w złączu. Starzenie naturalne złącza powoduje zwiększenie odporności korozyjnej w strefie wpływu ciepła.

EN

The paper presents results of corrosion resistance investigations of the friction stir welded 7136-T76511 aluminum alloy – as-welded and naturally aged (6 years). Test EXCO showed that corrosion resistance depends on microstructural zones. The stirred zone showed the greatest resistance to corrosion. The thermo-mechanically affected zone and heat affected zone were characterized by high corrosion susceptibility. Natural aging of the weld causes the increase of corrosion resistance in the heat affected zone.

16

Microstructure of friction stir welds of cast to wrought aluminum alloys

Dymek S., Pietras A., Kalemba I., Kopyściański M., Węglowski A., Jachym R.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

390--392

EN

The changes in microstructure in friction stir welds between dissimilar aluminum alloys Were investigated. The present study deals with two aluminum alloys, one of which is ductile (wrought AlMg3) while the other is considered brittle (cast AlSi9Mg). What is more, the melting points for the both metals are different. The joints between these alloys were produced on a welding machine, constructed on the basis of a conventional, vertical milling machine. The machine was equipped with appropriate devices for monitoring process parameters: vertical force, traveling speed, rotational speed and torque. The welding parameters were chosen from a more extensive work previously performed with the same tool, which ensured the achievement of sound welds. Cross-sections of the welds were analyzed by light and scanning electron microscopy (LM and SEM). The investigation showed that the FSW process makes it possible to produce good quality joints between dissimilar aluminum alloys. The microstructure in a dissimilar weld between cast and wrought aluminum alloys is distinctly different from that in a weld of an aluminum alloy to itself. The weld reveals a complex, intercalation flow pattern with an onion-ring-vortex-like structure. The creation of vortex structures in solid-state ﬂow regimes is particularly extraordinary and uncovers the complexity of material ﬂow during FSW welding. In this regard, the microstructure of the FSW weld between cast and wrought alloys is different than in welds produced between two dissimilar wrought alloys. The mutual mixing in a dissimilar aluminum alloys weld is intimate and far from complete. The EDS maps revealed a non-uniform distribution of the main constituent elements, Si and Mg, within the weld. However, the bonding between the two alloys is clearly complete. The additional FSW pass makes the weld microstructure more uniform.

PL

W pracy badano zmiany mikrostruktury w połączeniach różnoimiennych stopów aluminium wykonanych metodą tarciową z mieszaniem materiału zgrzeiny (Friction Stir Welding - FSW). Badania dotyczyły zgrzewania dwóch stopów aluminium, z których jeden jest plastyczny (stop do przeróbki plastycznej AlMg3), a drugi kruchy (stop odlewniczy AlSi9Mg). Stopy te, oprócz składu chemicznego, różnią się ponadto temperaturą topnienia. Zgrzeiny tych stopów wykonano na urządzeniu do zgrzewania metali zbudowanego z konwencjonalnej pionowej frezarki. Urządzenie wyp- osażone było w odpowiednie mierniki parametrów procesu: siły nacisku, prędkości obrotowej, prędkości zgrzewania oraz momentu obrotowego. Parametry procesu dobrano na podstawie wcześniej szych prób wykonanych tym samym narzędziem - umożliwiło to otrzymanie zgrzein pozbawionych wad. Badania mikrostruktury prowadzono na zgładach poprzecznych, tj. prostopadłych do kierunku zgrzewania. Do badań wykorzystano mikroskopię świetlną oraz skaningową mikroskopię elektronową. Badania wykazały, że proces zgrzewania FSW nadaje się do łączenia różnoimiennych stopów aluminium i pozwala na uzyskanie dobrej jakości, pozbawionych wad zgrzein. Mikrostruktura zgrzeiny stopu odlewniczego i stopu do przeróbki plastycznej różni się znacznie od zgrzein tego samego stopu aluminium. Badania ujawniły w zgrzeinie złożoną mikrostrukturę przenikających się warstw łączonych metali przypominających zdeformowane pierścienie cebuli ufonnowane w kształcie wirów. Tworzenie mikrostruktury wirowej w stanie stałym jest zjawiskiem wyjątkowym i ukazuje złożoność przepływu materiału podczas zgrzewania FSW. Wymieszanie łączonych materiałów nie jest jednak kompletne, ale ich złączenie jest trwałe. Mapy składu chemicznego zgrzeiny pozwoliły ustalić rozmieszczenie głównych pierwiastków stopowych, tj. Si i Mg, w zgrzeinie. Podwójny przebieg FSW doprowadził do bardziej jednolitego wymieszania materiałów. Badania wykazały, iż zjawiska zachodzące podczas mieszania różnoimiennych stopów aluminium są dalekie od pełnego zrozumienia.

17

Inﬂuence of post weld heat treatment on microstructure of friction stir welded 7xxx aluminum alloys

Kalemba I., Kopyściański M., Dymek S., Hamilton C.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

283--285

EN

Friction stir welding (FSW) is a solid state joining method successfully applied to metallic materials, which are difﬁcult to weld by traditional fusion welding. It has been found that high-quality joints of non-weldable aluminum alloys of 7xxx series may be produced by means of the FSW process. However, the FSW welds show lower mechanical properties compared to the base materials. This research investigates the inﬂuence ofpost weld heat treatment (T6) on the microstructure and hardness in friction stir welds oftwo A1-Zn-Mg-Cu aluminum alloys. The experiments were conducted on 7136 and 7042 alloys. The alloys belong to the most advanced class of aluminum alloys. Their chemical composition is similar, but one of them, (7042), additionally contains of scandium. It is well established that scandium controls recrystallisation and grain growth in aluminum alloys. Additionally, the presence of scandium in the 7042 alloy improves the FSW joint efﬁciency, deﬁned as the ratio of the yield strength of the welded samples to the baseline yield strength. Thus, it is believed that scandium may play an important role in the post weld heat treatment. Microstructural examination revealed a change in grain size in the post weld heat treated joints, leading to abnormal grain growth in the stirred zone in the 7136 weld and marginally in the stirred zone of the 7042 joint. The grain growth in the stirred zone of 7042 aluminum alloy weld is likely restricted by the synergic effect of higher heat input during welding, compared to the welding of the 7136 alloy, and the addition of scandium, which controls recrystallization and grain growth in Al-alloys. A detailed microstructural observation showed the presence a large amount of ﬁne precipitates produced during the PWHT. These precipitates contributed to hardness recovery in the friction stir welded areas of the investigated 7xxx aluminum alloys.

PL

Zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału (FSW) to metoda łączenia zachodząca w stanie stałym, która z powodzeniem jest stosowana do łączenia materiałów metalicznych, trudnych do łączenia tradycyjnymi metodami spawania. Za pomocą metody FSW jest możliwe uzyskanie wysokiej jakości połączeń niespawalnych stopów aluminium z serii 7xxx. Jednakże złącza wykonane tą metodą charakteryzują się niższymi własnościami mechanicznymi niż materiał wyjściowy. W pracy przedstawiono badania wpływu obróbki cieplnej (T6) na mikrostrukturę i twardość złączy FSW stopów aluminium z serii 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu). Badaniom poddano złącze stopu 7136 oraz złącze stopu 7042. Stopy te należą do najbardziej zaawansowanej klasy stopów aluminium. Ich skład chemiczny jest bardzo podobny, przy czym jeden ze stopów - stop 7042, dodatkowo zawiera skand. Wiadomo, że skand w stopach aluminium kontroluje rekiystalizację i rozrost ziama. Ponadto obecność skandu w stopie 7042 polepsza wydajność złącza FSW, deﬁniowaną jako stosunek wytrzymałości złącza do wytrzymałości materiału rodzimego. Stąd przypuszcza się, że skand może odgrywać również rolę w obróbce cieplnej złączy. Zaprezentowane w pracy badania mikrostrukturalne wykazały różnice z rozmiarze ziarna w złączach po obróbce cieplnej, prowadzącej do rozrostu ziarna w streﬁe zmieszania złącza stopu 7136 i nieznacznie w strefie zmieszania złącza stopu 7042. Rozrost ziarna w streﬁe zmieszania złącza 7042 jest prawdopodobnie ograniczony przez synergiczne działanie wyższej temperatury powstającej podczas procesu FSW w porównaniu ze zgrzewaniem stopu 7136 oraz dodatkiem skandu kontrolującego rekrystalizację i rozrost ziarna. Szczegółowe obserwacje mikrostruktury wykazały obecność dużej liczby drobnych wydzieleń powstających w czasie obróbki cieplnej. Wydzielenia te przyczyniają się do zwiększenia twardości w strefie złącza do poziomu twardości materiału wyjściowego w badanych złączach stopów z serii 7xxx.

18

Friction Stir Processing as a fabricating route of dispersion strengthened aluminum alloys

Kopyściański M., Węglowski M. S., Pietras A., Węglowska A., Hamilton C., Dymek S.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

303--305

EN

The two-sided overlapping friction stir processing was utilized to produce a dispersion strengthened material from a cast Al-Si eutectic alloy. Pure aluminum belongs to the class of soft metals, so its application in engineering is highly limited. For this reason, aluminum has to be strengthened to meet technical requirements. The most common strengthening mechanisms of aluminum are dislocation hardening by plastic defonnation or alloying followed by appropriate heat treatment producing precipitation hardening. Precipitation strengthening substantially increases the hardness and tensile strength at room temperature. However, the precipitates are prone to coarsening at elevated temperatures resulting in deterioration of mechanical properties. The other common method of strengthening metallic alloys is the incorporation of ﬁne dispersed particles into their microstructure. Such alloys are usually produced by powder metallurgy methods, e. g. sintering of aluminum powders or mechanical alloying. It was recently discovered that the friction-stir processing (FSP) method may also be adapted for this purpose. FSP uses the same methodology as friction stir welding (FSW); however, FSP is used to modify the local microstructure, but it does not join metals together. FSP was used to modiﬁcation a microstructure in as-cast aluminium alloy. In contrast to the as-cast condition, the microstructure in the processed material was characterized by a relatively uniform distribution of insoluble second-phase particles in the ductile aluminium matrix giving rise to the substantial dispersion strengthening of modified alloy. The size and aspect ratio of these particles decreased signiﬁcantly. The size distribution exhibited bimodal character. The porosity and dendritic microstructure was eliminated. FSP improved the mechanical properties - the ultimate tensile strength increased from 152 MPa to 216 MPa and ductility increased from 1.5% to 12.5%.

PL

W pracy zastosowano obróbkę tarciową z mieszaniem materiału (Friction Stir Processing) do wytworzenia stopu umacnianego dyspersyjnie z eutektycznego stopu Al-Si. Czyste aluminium jest miękkim metalem, więc jego zastosowanie jako materiału inżynierskiego jest ograniczone. Z tego powodu dla aluminium stosuj e się umocnienie, aby sprostało wymaganiom jako materiał inżynierski. Najbardziej populamymi mechanizmami umocnienia aluminium jest umocnienie dyslokacyjne przez przeróbkę plastyczną lub przez dodanie dodatków stopowych i obróbkę cieplną prowadzącą do umocnienia wydzieleniowego. Umocnienie wydzieleniowe efektywnie zwiększa twardość i wytrzymałość w temperaturze pokojowej, lecz w podwyższonej temperaturze fazy umacniające są skłonne do koagulacji i tym samym obniżają własności mechaniczne. Innym efektywnym sposobem umocnienia stopów metalicznych jest wprowadzenie drobnych dyspersyjnych faz umacniających. Taki mechanizm umocnienia naj częściej jest realizowany za pomocą metalurgii proszków, np. spiekania proszków czy mechanicznego stopowania. W ostatnim czasie zauważono, że obróbka tarciowa z mieszaniem materiału może być z powodzeniem stosowana do umocnienia dyspersyjnego. Metoda FSP używa tej samej metodologii działania co zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału zgrzeiny (FSW), z tą różnica, że ta metoda zmienia tylko lokalnie mikrostrukturę, a nie łączy materiał. Metoda FSP została użyta do zmiany mikrostruktury w odlew- niczym stopie aluminium. Mikrostruktura po procesie FSP charakteryzowała się równomiemym rozmieszczeniem fazy dyspersyjnej w porównaniu ze stopem odlewniczym. Charakterystyczne dla stopów odlewniczych dendryty i pory zostały wyeliminowane. Proces FSP zwiększył wytrzymałość na rozciąganie z 152 MPa do 216 MPa i zwiększyła się ciągliwość z 1,5% na 12,5%.

19

A coupled thermal/material flow model of friction stir surfacing applied to AlMg9Si

Węglowski M. S., Hamilton C., Dymek S.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 3

201--204

EN

Friction stir surfacing (FSS) (also known as friction stir processing) utilizes the same process principles as friction stir welding. However, instead of joining samples together, FSS modiﬁes the microstructure of surface layers in monolithic specimens to achieve speciﬁc and desired properties. As in FSW, the tool induces plastic ﬁow during FSS, but depending on the process parameters, i.e. applied force, tool velocity and rotation speed, the material ﬁow can yield a modiﬁed microstructure that is beneﬁcial to the performance of the material. FSS, therefore, is an exciting technique for microstructural development and property enhancement. A coupled thermal/material ﬁow model of friction stir surfacing was developed and applied to the modiﬁcation of AlSi9Mg cast aluminum alloy. The model reveals two, distinct zones of material ﬁow during processing. A primary zone of material ﬁow develops between the tool and workpiece interface near the leading edge of the tool. Here, the zone”s Vortex pulls material from the workpiece thickness toward the surface and, at the same time, pushes processed material into workpiece thickness, creating an upward/downward ﬁow of material. A secondary zone develops at the trailing edge of the tool, essentially forrning an eddy current of material ﬁow behind the advancing tool. Additionally, the model demonstrates that the highest processing temperatures occur at the tool/workpiece interface near the leading edge of the tool, but skewed toward the advancing side. The process parameters, i.e. the tool velocity and the tool rotation speed strongly inﬂuence the size and coherency of the process zones and the temperature distribution at the tool/workpiece interface.

PL

Tarciowa obróbka powierzchniowa, określana jako Friction Stir Surfacing lub Friction Stir Processing jest procesem opartym na tych samych zasadach, co zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału zgrzeiny (FSW -Friction Stir Welding). Jednak zamiast łączenia materiałów, takie samo narzędzie modyﬁkuje mikrostrukturę w warstwie wierzchniej litego materiału. Prowadzi to do uzyskania wymaganych własności tylko w warstwie wierzchniej bez ingerencji w strukturę wewnętrzną obrabianego materiału. Podobnie jak podczas zgrzewania FSW, narzędzie odkształca plastycznie obrabiany metal, ale tylko w jego warstwie wierzchniej . W zależności od parametrów procesu, tj. siły nacisku narzędzia na powierzchnię, szybkości obrotowej oraz prędkości przesuwu narzędzia, modyﬁkacja mikrostruktury warstwy wierzchniej zachodzi w różnym stopniu. Przez odpowiedni dobór parametrów procesu można otrzymać wymagane własności warstwy wierzchniej materiału. W pracy przedstawiono sprzężony model zmian temperatury oraz przepływu materiału podczas tarciowej obróbki powierzchniowej odlewniczego stopu aluminium AlSi9Mg. Model przewiduje istnienie dwóch wyraźnych stref płynięcia materiału podczas obróbki powierzchniowej. Główna strefa płynięcia materiału powstaje pomiędzy narzędziem a powierzchnią obrabianego materiału blisko przedniej krawędzi narzędzia. Zawirowanie materiału w tej streﬁe, wywołane obrotem narzędzia, powoduje przemieszczenie materiału z wnętrza w kierunku powierzchni. W tym samym czasie materiał już obrobiony przemieszcza się z powierzchni w kierunku wnętrza. Powstaje w ten sposób przepływ materiału w kierunku góra/dół. Druga strefa (wtórna) obejmuje tylną krawędź narzędzia, w której powstają zawirowania materiału za poruszającym się narzędziem. Dodatkowo model przewiduje, że najwyższa temperatura procesu występuje przy przedniej krawędzi narzędzia w miejscu przesuniętym nieco w stronę natarcia. Parametry procesu, tj. szybkość przesuwu i szybkość obrotowa narzędzia, zmieniają w znacznym stopniu rozkład temperatury na powierzchni obrabianego materiału.

20

Experimental investigation and modelling of Friction Stir Processing of cast aluminium alloy AlSi9Mg

Węglowski M. S., Dymek S., Hamilton C. B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2013

|

Vol. 61, nr 4

893--904

EN

Friction Stir Processing (FSP) is a novel solid state processing technique which can be used for microstructural modification of surface layers in metallic materials. This paper analyzes the effects of FSP process parameters on spindle torque acting on the tool and on the tool temperature. It has been shown that an increase in the rotational speed brings about a decrease in the torque and an increase of temperature. For temperature estimation in the stir zone a numerical model was applied, while for predicting a relationship between the spindle torque acting on the tool, rotational and travelling speeds and the down force, the artificial neural networks approach was employed. Light and electron (scanning and transmission) microscopy investigation showed that the FSP process reduces porosity and produces a more uniform distribution of second-phase particles.