Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical Investigation of an Explosive Welding of Ti/Cu Plates Based on a Meshfree Method

Mojżeszko M., Perzyński K., Sionkowski M., Paul H., Madej Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 2

707--711

EN

Development of a reliable numerical model capturing major physical mechanisms controlling explosive welding and considering properties of all process components i.e. base plate and flyer plate is the goal of the paper. To properly replicate materials behavior under these severe conditions a meshfree approach, namely Smooth Particle Hydrodynamics (SPH), was used to discretize the computational domain. The model is based on the Mie-Gruneisen shock equation of state applied to the Ti/Cu system as a case study. Examples of results in the form of velocity, equivalent stress, equivalent strain, and pressure fields are presented within the paper.

2

The Kinetic of Al3Ti Phase Growth in Explosively Welded Multilayered Al/Ti Clads during Annealing under Load Conditions

Petrzak P., Mania I., Paul H., Maj Ł., Gałka A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 4

1549--1554

EN

Multilayered composites based on light metals are promising materials in many applications. In the present work the 15-layered clad, composed of alternately stacked of Ti(Gr.1) and AA1050-H24 alloy sheets of 1 mm thick has been investigated with respect to determination of the kinetic of the Al3Ti phase growth. The defect-free multilayered composite was successfully formed by explosive welding technology. Then EXW samples were modified via annealing at the temperature of 600°C in closed die under pressure of 44 MPa for various times ranged between 1 and 10 h. Transmission and Scanning Electron Microscopy examinations were conducted in order to study the kinetic of the elements migration across the interfaces between the layers of the Al/Ti composite. The macro-scale observations of samples after EXW revealed that wavy interfaces were always formed in layers near the explosive charge. The increase of the distance from the top surface leads to flattening of the interface with very thin reaction layer between Al and Ti sheets. During annealing the kinetic of the Al3Ti phase growth is similar near all interfaces and coincides with data from other works. It was found that despite the loading after 10 h of annealing still only small part of Al-sheets undergoes dissolution and the width of the reaction layer does not exceed 5-8 μm.

3

Microstructural and Chemical Composition Changes in the Bonding Zone of Explosively Welded Sheets

Paul H., Miszczyk M. M., Gałka A., Chulist R., Szulc Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 2

683--694

EN

In this work, the effect of heat transfer during explosive welding (EXW) and post-processing annealing on the microstructural and chemical composition changes have been thoroughly analysed using scanning and transmission electron microscopies and X-ray synchrotron radiation. Several combination of explosively welded metal compositions were studied: Ti with Al, Cu with Al, Ta or stainless steel, stainless steel with Zr or Ta and Ti with carbon steel. It was found that the melted metals exhibit a strong tendency to form brittle crystalline, nano-grained or even amorphous phases during the solidification. For all analysed metal combinations most of the phases formed in the zones of solidified melt do not appear in the equilibrium phase diagrams. Concurrently, the interfacial layers undergo severe plastic deformation forming nano-grained structures. It has been established that these heavily deformed areas can undergo dynamic recovery and recrystallization already during clad processing. This leads to the formation of new stress-free grains near the interface. In the case of low temperature and short time post processing annealing only the melted zones and severely deformed layers undergo recovery and recrystallization. However, drastic changes in the microstructure occurs at higher temperature and for longer annealing times. Applying such conditions leads to diffusion dominant processes across the interface. As a consequence continuous layers of intermetallic phases of equilibrium composition are obtained.

4

Transformacje tekstury w procesie wyżarzania aluminium i jego stopów

Miszczyk M. M., Paul H.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2018

|

R. 63, nr 4

22--30

PL

W pracy analizowano mechanizm odpowiedzialny za formowanie się w procesie rekrystalizacji ziaren o orientacji cube{100}<001> oraz ~S{123}<634> oraz warunki ich wzrostu. Wykorzystano fakt, że odkształcenie w matrycy kanalikowej (PSC) oraz w matrycy równokątowej (ECAE) prowadzą do zasadniczo odmiennych "obrazów tekstury" stanu odkształconego. Badania prowadzono na polikrystalicznym stopie AA1050 z wykorzystaniem metod dyfrakcji promieni X oraz systemu SEM/EBSD. Orientacja {100}<001> jest słabo zaznaczona w materiale wyjściowym po walcowaniu na gorąco oraz w próbkach po procesie ECAE. W próbkach przetwarzanych w procesie PSC dominowały składowe tekstury wzdłuż włókna β (S, C, Bs), podczas gdy po procesie ECAE próbki scharakteryzowane były dwoma komplementarnymi składowymi {124}<561> ze słabym „rozmyciem” do położenia {100}<011>. Uzyskane wyniki pokazują, że po wyżarzaniu ekstremalnie silna składowa "cube" oraz S w obrazie tekstury rekrystalizacji są formowane tylko w próbkach odkształcanych w matrycy kanalikowej. Wyżarzanie próbek po procesie ECAE nie prowadziło do wzrostu intensywności tych składowych, pomimo, że obszary o tej orientacji były identyfikowane w stanie zdeformowanym. Brak składowej "cube" oraz S w obrazie tekstury rekrystalizacji skorelowano z nieobecnością składowych S w stanie zdeformowanym. Po procesie ECAE główne składowe tekstury odkształcenia były odchylone od położenia orientacji S o kąt ~20-30o. W procesie rekrystalizacji uległy one transformacji do dwu położeń ~{100}<011> i ~{221}<114> drogą rotacji dookoła osi <110>.

EN

The microstructure and texture during deformation and early stages of annealing have been studied to elucidate the mechanism of cube and S-oriented grains formation in a commercial AA1050 alloy. Samples were deformed along two deformation modes to form different as-deformed texture components and then lightly annealed: one group was plane strain compressed (PSC) in a channel-die, whereas the second group was deformed by equal channel angular extrusion (ECAE). The textures were measured by X-ray diffraction and SEM/EBSD. It was found that the recrystallization behaviour of AA1050 alloy was related to the texture components developed during the previous cold deformation. After PSC, a standard β fibre texture is found (S, Cu, Bs components) whereas the ECAE samples are characterized by {124}<561> orientation with a slight scattering towards {100}<011>. A very weak cube texture component was observed in the samples after both deformation modes. During annealing cube and S-oriented grains were formed extensively in the PSC samples, primarily in association with near S-oriented as-deformed areas and characterized by <111> local misorientations. Despite the presence of cube fragments in the deformed state cube-oriented grains did not grow by recrystallization during annealing of the ECAE samples. Their main as-deformed texture components were ~20&-30o deviated from the S orientation. During recrystallization these transformed to two components of ~{100}<011> and ~{221}<114>-type essentially by <110> rotations.

5

Wpływ długotrwałej obróbki cieplnej na trwałość zmęczeniową bimetalu cyrkon-stal

Prażmowski M., Rozumek D., Paul H.

Przegląd Spawalnictwa

|

2018

|

R. 90, nr 4

25--29

PL

W pracy opisano strukturę, właściwości mechaniczne oraz rozwój pęknięć zmęczeniowych w układach platerów cyrkon-stal zgrzewanych wybuchowo, poddanych długotrwałemu oddziaływaniu temperatury. Próbki w stanie po spojeniu wygrzewano w temperaturze 600°C w czasie 10 i 100 godzin, a następnie poddano obserwacjom mikroskopowym, określono twardość, wytrzymałość na rozciąganie oraz poddano wahadłowemu zginaniu. W odkształconych próbkach zaobserwowano wzrost pęknięć zmęczeniowych równolegle do przyłożonego obciążenia, przy czym inicjacja pęknięć występowała w stali.

EN

The paper describes the structure, mechanical properties and fatigue cracks growth in explosively welded zirconium - carbon steel cladding system subjected to long-lasting temperature impact. After annealing at 600°C for 10 and 100 hours the samples were subjected to microscopic observations and finally the microhardness, tensile strength and cyclic bending were determined. In the deformed specimens the initiation of fatigue cracks occurred in the steel whereas further cracks growth occurred parallel to the applied load.

6

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne wielowarstwowych platerów na bazie Al i Ti wytwarzanych z wykorzystaniem energii wybuchu

Paul H., Prażmowski M., Gałka A., Miszczyk M.

Przegląd Spawalnictwa

|

2018

|

R. 90, nr 4

63--65

PL

W pracy analizowano zmiany mikrostrukturalne oraz formowanie się nowych faz w wielowarstwowych układach platerów zbudowanych na bazie Ti i Al. Wykorzystano techniki mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej, pomiary mikrotwardości, a także próbę zginania w warunkach udarowych. Obserwacje w skali makro pokazały, że w procesie spajania wytworzono 15-warstwowy plater wolny od nieciągłości strukturalnych. Powierzchnie połączenia uległy silnemu odkształceniu i wykazywały mieszany falisto-płaski charakter ze strefami przetopień preferencyjnie lokowanymi na grzbiecie oraz w zawinięciach fal. Zaobserwowano, że silnie pofalowane granice połączenia zawsze formowały się w warstwach położonych w pobliżu ładunku wybuchowego. Analizy w mikro skali udokumentowały występowanie cienkiej warstwy przetopionej o silnie rozdrobnionej strukturze.

EN

Microstructure and phase in the bonding zone of explosively welded Ti/Al multilayer clads were examined by optical microscopy and scanning electron microscopy. The defect-free multilayer composite was successfully formed. The macro-scale observations showed that the interfaces between joined plates presented mixed wavy/flat shape with solidified melt inclusions located preferentially at the crest of each wave and in the wave vortex. It was found that interfaces of wavy character were always formed in layers near the explosive charge and flattened with the increase of the distance from the top surface. The micro-scale analyses observations revealed a presence of very thin reaction layer at the flat parts of the joint plates and nano-grained structure of melted zones.

7

Trwałość zmęczeniowa bimetalu cyrkon-stal w aspekcie charakterystyki złącza

Prażmowski M., Rozumek D., Paul H.

Przegląd Spawalnictwa

|

2016

|

R. 88, nr 4

12--15

PL

W pracy opisano rozwój pęknięć zmęczeniowych w układach platerów cyrkon-stal spajanych metodą zgrzewania wybuchowego. Próbki o przekroju poprzecznym prostokątnym, charakteryzujące się zróżnicowanym udziałem warstwy przetopionej, poddano wahadłowemu zginaniu oraz wykonano pomiary twardości w obszarze złącza. W odkształconych próbkach zaobserwowano wzrost pęknięć zmęczeniowych równolegle do przyłożonego obciążenia. Inicjacja pęknięć występowała w cyrkonie.

EN

The paper describes a fatigue crack development in zirconium-steel sheets joined by the explosive welding technology. The clad specimens of rectangular cross-section and with different quantity of melted areas were subjected to oscillatory bending. The strain hardening across the interface was analysed by microhardness measurements. In the specimens, the fatigue crack growth parallel to the applied loading was observed. The crack initiation occurred always in the zirconium plate.

8

Metoda wyznaczania kąta zderzania płyt w procesie zgrzewania wybuchowego

Prażmowski M., Muskała K., Paul H.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 11

1734--1735

PL

W procesie zgrzewania wybuchowego ważnym zagadnieniem jest dobór parametrów procesu, takich jak: kąt zderzania płyt, prędkość detonacji oraz prędkość punktu kontaktu. Możliwość pomiaru oraz teoretycznego wyznaczenia tych parametrów ma kluczowe znaczenie na etapie projektowania układów dla technologii zgrzewania wybuchowego. W pracy przedstawiono metodę umożliwiającą wyznaczenie kąta zderzania płyt oraz opracowano model matematyczny, który był podstawą przeprowadzenia symulacyjnych pomiarów kąta zderzania.

EN

In the process of explosive welding important issue is the selection of process parameters such as: impact angle, detonation velocity and the velocity of the collision point. The experimental measurements and theoretical determination of these parameters is of key importance at the stage of designing systems for explosive welding technology. New method for the determination of the impact angle during explosive welding was presented and the mathematical model was formulated in this paper. They were a basis to carry out simulation measurements of the impact angle.

9

Compressive Deformation Behavior of an Ultrafine/Nano Grained AZ31 Magnesium Processed by Accumulative Back Extrusion

Fatemi S. M., Zarei-Hanzaki A., Paul H.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1593--1600

EN

An AZ31magneium alloy was processed through accumulative back extrusion (ABE) process at 280 °C up to six passes. Compressive deformation behavior of the processed materials was studied by employing uniaxial compression tests at room temperature. The results indicated that grains of 80 nm to 1 µm size were formed during accumulative back extrusion, where the mean grain size of the experimental material was reduced by applying successive ABE passes. A deformation texture characterizing with the basal plane mainly lie inclined to the deformation axis was developed. Compressive yield and maximum compressive strengths were measured to increase by applying successive extrusion passes, while the strain-to-fracture dropped. The evolution of mechanical properties was explained relying on the grain refinement effect as well as texture change. It was described that the share of different deformation mechanisms and developing of shearing regions near the grain boundaries may influence the deformation behavior of the ultrafine/nano grained AZ31 alloy.

10

TEM Study of Recrystallization in Ultra-Fine Grain AA3104 Alloy Processed by High-Pressure Torsion

Paul H., Morawiec A., Baudin T., Czeppe T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

131--144

EN

The effect of annealing on the microstructure and the texture development was investigated in a particle containing AA3104 aluminium alloy. The samples were processed at room temperature by high-pressure torsion (HPT) up to ten turns. The nucleation of new grains was analyzed by a transmission electron microscope equipped with a system for local orientation measurements and a heating holder. The shear deformation induces a decrease of the grain size. After the first two turns of the HPT processing the initial structure of large grains was ‘transformed’ into a structure of fine cells/grains with the diameter of a few tens of nanometers. In the central areas of the samples the elongated shape of the cells/grains was observed up to six turns. For higher deformations, this structural inhomogeneity was totally removed and only the equiaxed grains were observed. The crystal lattice of small grains rotates in such a way that the <111> direction is parallel to the compression axis. After annealing the structure coarsened. Nevertheless, after primary recrystallization, the structure was still composed of relatively fine and equiaxed grains of a similar size. In most of the observed cases the size of the recrystallized grains in the areas close to and far from the large second phase particles was similar. The recrystallization leads to the creation of new texture components. The new grain orientations lost the positions typically observed in the deformed state and showed the tendency for the coincidence of the <100> crystallographic directions with the compression axis.

PL

W pracy analizowano wpływ warunków wyżarzania na zmiany mikrostrukturalne i teksturowe w stopie AA3104 zawierającym wydzielenia cząstek drugiej fazy. Próbki odkształcano z wykorzystaniem techniki skręcania pod wysokim ciśnieniem (HPT), do dziesięciu obrotów, w temperaturze otoczenia. Proces zarodkowania nowych ziaren analizowano z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej wyposażonej w system pomiaru orientacji lokalnych oraz ‘heating holder’. Zaobserwowano, że w miarę wzrostu liczby obrotów, intensywne ścinanie prowadzi do silnego zmniejszenia wielkości ziarna. Po dwu obrotach, wyjściowa struktura dużych ziaren uległa przekształceniu w strukturę drobnoziarnistą złożoną z ziaren o wielkości kilkudziesięciu nanometrów. W obszarach próbki zbliżonych do osi obrotu wydłużony kształt ziaren obserwowano do sześciu obrotów. W zakresie wyższych stopni odkształcenia ta niejednorodność strukturalna zanika; obserwowano jedynie równoosiowe ziarna. Orientacja sieci krystalicznej tych ziaren formuje silną teksturę osiową z kierunkiem <111> usytuowanym równolegle do kierunku normalnego (osi ściskania/skręcania). Po wyżarzaniu struktura ulega ‘pogrubieniu’. Jednakże, w zakresie rekrystalizacji pierwotnej, w dalszym ciągu pozostaje równoosiowa i silnie rozdrobniona. W większości obserwowanych przypadków wielkość zrekrystalizowanych ziaren w obszarach położonych zarówno w pobliżu, jak i w znacznej odległości od dużych wydzieleń cząstek drugiej fazy, była na zbliżonym poziomie. Proces wyżarzania prowadzi do pojawienia się nowych składowych tekstury. Orientacje nowych ziaren są odmienne od tych, jakie obserwowano w stanie zdeformowanym i wykazują silną tendencję do sytuowania kierunku <100> równolegle do osi ściskania/skręcania.

11

Deformation Microstructure And Texture Transformations In FCC Metals Of Medium-To-High Stacking Fault Energy: Critical Role Of Micro- And Macro-Scale Shear Bands

Paul H., Miszczyk M. M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2235--2246

EN

Microstructure and texture development in medium-to-high stacking fault energy face centred cubic metals were investigated in order to examine the role of lattice re-orientation on slip propagation across grain boundaries and to characterize the influence of micro- and macro-scale copper-type shear bands on textural changes at large deformations. Polycrystalline pure copper (fine - and coarse - grained) and fine-grained AA1050 alloy were deformed in plane strain compression at room temperature to form two sets of well-defined macroscopic shear bands. The deformation-induced sub-structures and local changes in crystallographic orientations were investigated mostly by scanning electron microscopy equipped with high resolution electron backscattered facility. In all the deformed grains within macro- shear bands a strong tendency to strain-induced re-orientation was observed. The flat, strongly deformed grains exhibited a deflection within narrow areas. The latter increased the layers’ inclination with respect to ED and led to kink-type bands, which are the precursors of MSBs. The mechanism of macro- / micro-shear bands formation is strictly crystallographic since in all the areas of the sheared zone, the crystal lattice rotated such that one of the {111} slip planes became nearly parallel to the shear plane and the <011> direction became parallel to the direction of maximum shear. This strain-induced crystal lattice rotation led to the formation of specific macro- / micro-shear bands components that facilitated slip propagation across the grain boundaries without any visible variation in the slip direction.

PL

W pracy badano zmiany strukturalne i teksturowe w metalach o sieci regularnej ściennie centrowanej związane z lokalną re-orientacją sieci krystalicznej wynikającą z formowania się mikro- i makro- pasm ścinania. Analizowano polikrystaliczne próbki miedzi oraz aluminium o czystości technicznej (stop AA1050) odkształcane w temperaturze otoczenia w próbie nieswobodnego ściskania do zakresu odkształceń, w których następuje wyraźne uformowanie się dwóch rodzin makroskopowych pasm ścinania. W badaniach wykorzystano skaningowy mikroskop elektronowy wyposażony w system automatycznego pomiaru orientacji lokalnych. Zaobserwowano, że w ziarnach umiejscowionych w obszarze makroskopowych pasm ścinania występuje ściśle zdefiniowana tendencja rotacji sieci krystalicznej, w wyniku której jedna z płaszczyzn typu {111} przyjmuje położenie zbliżone do położenia płaszczyzny ścinania, a jeden z kierunków typu <110> (lub <112>) wykazuje tendencję do sytuowania się równolegle do kierunku ścinania. Obserwowana w obszarze wnętrza pasm ścinania rotacja prowadzi do uformowania się specyficznej (mikro)tekstury, która umożliwia propagację poślizgów poprzez granice ziaren bez ‘istotnej’ zmiany kierunku ścinania.

12

Zastosowanie technologicznej warstwy pośredniej w układach platerowanych wybuchowo na przykładzie układu cyrkon–stal

Prażmowski M., Paul H., Żok F.

Przegląd Spawalnictwa

|

2014

|

R. 86, nr 4

36--44

PL

W pracy przedstawiono wyniki prób związanych z doborem optymalnych parametrów procesu zgrzewania wybuchowego próbnych płyt z cyrkonu Zr 700 o grubości 10 mm ze stalą niestopową (P265GH). Do badań przygotowano układ bimetalowy Zr-stal oraz trimetalowy Zr-Ti-stal, w którym tytan jest międzywarstwą technologiczną ułatwiającą uzyskanie połączenia. Badania prowadzono dla złączy w stanie wyjściowym, tj. bezpośrednio po zgrzewaniu wybuchowym. Poddano analizie zmiany strukturalne łączonych blach, ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki granicy połączenia. Wykonano badania właściwości mechanicznych otrzymanych platerów, tj. próbę ścinania, odrywania oraz zginania bocznego. Systematyczne pomiary rozkładu mikrotwardości umożliwiły analizę zjawiska umocnienia materiału w procesie zgrzewania wybuchowego, zarówno w strefie bezpośrednio przy granicy połączenia, jak i w całym przekroju plateru. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła na ocenę wpływu zastosowania międzywarstwy technologicznej z czystego technicznie tytanu na jakość uzyskanego połączenia, tj. jego charakterystykę i właściwości wytrzymałościowe. Stwierdzono, że w przypadku platerowania cyrkonem o grubości 10 mm zastosowanie międzywarstwy technologicznej pozwala uzyskać połączenie o dobrych właściwościach mechanicznych i optymalnej charakterystyce granicy połączenia.

EN

The paper presents the results of trials aimed at selecting optimal settings of the explosion welding process of 10 mm thick zirconium (Zr 700) plates with carbon steel (P265GH). A bimetal Zr-steel and trimetal Zr-Ti-steel were prepared for testing purposes, where titanium serves as a technological intermediate layer facilitating the bonding. The research was carried out for as-bonded joints, i.e. immediately following explosion welding. Structural changes of the joined sheets underwent analysis, particularly focusing on the characteristic of the joint interface. Mechanical properties of the obtained cladders were tested with shearing, peel test and lateral bending test. Systematic measurements of microhardness distribution enabled analyzing the strengthening of the material resulting from explosion welding both at the bond interface zone and throughout the whole section of the clad. The resulting analysis enabled the assessment of the impact the application of the interlayer of pure titanium had on the quality of the bond, i.e. its characteristic and strength properties. It was established that during explosion welding with 10 mm zirconium the application of the interlayer allows obtaining a joint with good mechanical properties and optimal characteristic of the interface.

13

Wpływ zmian strukturalnych w strefie połączenia na własności mechaniczne platerów stal węglowa/cyrkon zgrzewanych z wykorzystaniem energii wybuchu

Prażmowski M., Paul H., Morgiel J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2014

|

T. 25, nr 4

257--276

PL

W pracy analizowano zmiany, jakie dokonują się w warstwach pośrednich dwuwarstwowych układów platerów stal węglowa/Zr wytwarzanych z wykorzystaniem energii wybuchu oraz wpływem tych zmian na makroskopowe własności wyrobu. Zmiany mikrostrukturalne, w składzie chemicznym oraz w wielkości umocnienia analizowano w stanie „po spojeniu” na próbkach wyciętych z platerów wytworzonych przy zróżnicowanej prędkości detonacji. W prowadzonej analizie kluczowe są przemiany wywołane „dynamicznymi” zmianami temperatury. Przeprowadzone badania wykazały, że proces spajania prowadzi do nadtopienia łączonych metali, a ekstremalnie duże szybkości chłodzenia sprzyjają formowaniu się w strefie przetopień twardych faz amorficznych lub drobnokrystalicznych o zróżnicowanym składzie chemicznym. Stwierdzono, że silne obniżenie własności wytrzymałościowych plateru związane jest ze wzrostem ilości „grubych” stref przetopień, w których pojawiają się makro- i mikropęknięcia. Natomiast pojawienie się pomiędzy łączonymi blachami cienkiej, ciągłej warstwy przetopień, pozbawionej pęknięć, sprzyja poprawie parametrów wytrzymałościowych połączenia. Warstwa ta, o grubości mierzonej w dziesiątkach nanometrów umożliwia trwałe „spojenie” łączonych metali.

EN

The paper analyzes the changes of microstructure, chemical and phase composition taking place in the joint area of explosively welded carbon steel with zirconium sheets and their effect on the strength of such connection. The performed analysis showed that the ‘dynamic’ changes of temperature accompanying such processes are of key importance. The explosive welding process leads to a local melting of the metal sheets, which next allows crystallization of brittle phases. Presence of the latter affects the mechanical properties of the final clad. Extremely high cooling rates in the joining area favour, the formation of meta-stable phases. It was observed that, in order to obtain joint of high strength, a presence of thin continuous re-melted layer between the joined metal sheets is necessary. This layer, of mixed amorphous and nano-crystalline microstructure, of tens of nanometers thick, enables formation of a ‘good weld’ between the joined metal sheets.

14

Lokalizacja odkształcenia plastycznego i jej wpływ na zmiany teksturowe tworzyw metalicznych

Paul H.

LAB Laboratoria, Aparatura, Badania

|

2014

|

R. 19, nr 1

48--54

15

The Effect of Heat Treatment on the Properties of Zirconium - Carbon Steel Bimetal Produced By Explosion Welding

Prażmowski M., Paul H., Żok F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1143--1149

EN

This paper assesses the effect of various values of detonation velocity on the quality of the bond zone, and thus the properties of bimetal zirconium (Zr 700) - steel (P355NL). The research was carried out for as-bonded welds, i.e. immediately following explosion welding. The results of shearing, peeling and tensile tests as well as macro-scale structural analyses were presented. In order to determine the changes in the value of strain hardening, the microhardness measurements across the interface were carried out. Based on the performed analyses it can be claimed that, depending on the applied technological settings of welding, most cases displayed wavy bond with highly diversified parameters of the wave. The changes observed with the detonation velocity are non-monotonic. High detonation velocities favored the formation of waves with large height and length and strongly affect the increase of the volume of brittle melted zones. Increased volume of the melted regions results in strong decrease of strength properties of the clad. The analysis of strength test results allows claiming that a small volume of melted regions in the bond considerably improves the strength of the bond. As a result of explosion welding, strain hardening of the joined materials occurs near the interface. In the case of clad fabricated using high technological parameters the increase of strengthening and the depth of its influence in the interface area is observed.

PL

W pracy poddano ocenie wpływ zróżnicowanych wartości prędkości detonacji na jakość strefy połączenia, a tym samym własności bimetalu w układzie cyrkon (Zr 700) – stal (P355NL). Badania prowadzono dla złączy w stanie wyjściowym, tj. bezpośrednio po zgrzewaniu wybuchowym. Przedstawiono wyniki badań mechanicznych (próba ścinania, zginania bocznego, odrywania oraz rozciągania) oraz strukturalnych w skali makro. Obserwacje strukturalne w pobliżu strefy połączenia umożliwiły określenie charakterystyki granicy połączenia. W celu określenia zmian w wielkości umocnienia wykonano pomiary mikrotwardości w obszarze złącza, jak i warstwy nakładanej oraz podstawowej. W zależności od zastosowanych parametrów technologicznych procesu spajania uzyskano połączenie faliste o silnie zróżnicowanych parametrach fali. Zmiany obserwowane wraz ze wzrostem prędkości detonacji są niemonotoniczne. Duże prędkości detonacji sprzyjały tworzeniu się fali o dużej wysokości i długości oraz wyraźnemu wzrostowi udziału twardych i kruchych obszarów przetopień w strefie połączenia. Zwiększony udział obszarów przetopień powodował drastyczny spadek własności wytrzymałościowych platerów. Układy o optymalnej charakterystyce granicy połączenia oraz odpowiednio wysokich własnościach wytrzymałościowych otrzymano przy niskich wartościach prędkości detonacji. W wyniku procesu spajania następowało umocnienie obydwu łączonych materiałów w pobliżu granicy rozdziału.

16

Characterization of Explosive Weld Joints by TEM and SEM/EBSD

Paul H., Morgiel J, Baudin T., Brisset F., Prażmowski M., Miszczyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1129--1136

EN

The layers near the interface of explosively welded plates were investigated by means of microscopic observations with the use of transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy dispersive spectrometry and scanning electron microscopy equipped with electron backscattered diffraction facility (SEM/EBSD). The metal compositions based on carbon or stainless steels (base plate) and Ti, Zr and Ta (flyer plate) were analyzed. The study was focused on the possible interdiffusion across the interface and the changes in the dislocation structure of bonded plates in the layers near-the-interface. It was found that the extremely rapid temperature increase followed by high cooling rates in the areas near the interface favour the formation of metastable phases. The crystalline or glassy nature of the phases formed inside melted zones strongly depends on the chemical composition of bonded metals. The amorphous phases dominates the melted zone of the (carbon or stainless steel)/Zr whereas the mixture of amorphous phases and nano- grains were identified in (carbon steel)/Ti and (stainless steel)/Ta clads. The elongated shape of the (sub)grains and the randomly distributed dislocations inside them as well as the shear bands and twins observed in the layers near-the-interface of all investigated clads, clearly indicated that during explosive welding, the deformation processes were prevailing over the softening ones.

PL

W pracy analizowano zmiany strukturalne oraz składu chemicznego, jakie zachodzą w pobliżu powierzchni połączenia płyt metalowych spajanych z wykorzystaniem energii wybuchu. Badano kompozycje materiałów bazujące na stali węglowej lub stopowej (płyta bazowa) w połączeniu z Ti, Zr lub Ta (płyta lotna). W prowadzonej analizie wykorzystano transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) wyposażony w spektrometr promieniowania X (EDX) a także skaningowy mikroskop elektronowy wyposażony w system pomiaru orientacji lokalnych (SEM/EBSD). Zaobserwowano, że ekstremalnie szybki wzrost temperatury a następnie szybkie chłodzenie prowadzi do uformowania się w strefie przetopień faz niestabilnych o silnie zróżnicowanym składzie chemicznym. Krystaliczna lub amorficzna natura formujących się faz uzależniona jest od składu chemicznego łączonych metali. Faza amorficzna dominuje w strefach przetopień formujących się w układzie płyt (stal austenityczna lub węglowa)/Zr podczas, gdy mieszanina faz amorficznych i ultra drobnokrystalicznych dominuje w układach płyt (stal węglowa)/Ti oraz (stal astenityczna)/Ta. Analizy strukturalne pokazują, że w warstwach łączonych płyt położonych przy powierzchni połączenia, obserwuje się podstrukturę komórkową z duża ilością dyslokacji zgromadzonych w ich wnętrzu a także bliźniaki odkształcenia (Zr, Ti) oraz pasma ścinania (stal, Zr). Fakty te pozwalają na stwierdzenie, że procesy odkształcenia dominują nad procesami zmiękczenia. Udokumentowano także, że pomimo trudności w preparatyce próbek wynikających z silnie odmiennych własności elektrochemicznych łączonych metali, połączenie technik opartych o TEM oraz SEM/EBSD pozwala w pełni opisać zjawiska zachodzące w meso- i nano- skali w pobliżu powierzchni połączenia.

17

Zachowanie stopu aluminium AA1050 w procesie ECAP i rekrystalizacji z uwzględnieniem zmian teksturowych

Poplewska J., Paul H.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

779--784

PL

W artykule analizowano zmiany strukturalne i teksturowe zachodzące w materiale poddanym silnemu odkształceniu plastycznemu a następnie wyżarzaniu aż do uzyskania stanu całkowitej rekrystalizacji. Materiałem badawczym był komercyjny stop aluminium AA1050 wycięty z blachy walcowanej na gorąco. Silne odkształcenie plastyczne uzyskano w wyniku przeciśnięcia materiału przez kanał kątowy (matryca ECAP) w zakresie do sześciu przepustów, wg. drogi A — bez rotacji próbki pomiędzy kolejnymi przepustami. Wyżarzanie przeprowadzono w zakresie temperatur od 100 do 350 °C przez 1 godz. Uzyskując różny stopień zaawansowania procesu rekrystalizacji. Zmiany dokonujące się w obrazie mikrostruktury i tekstury stopu AA1050 analizowano z wykorzystaniem dyfrakcji rentgenowskiej i dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych w skaningowym mikroskopie elektronowym (EBSD/SEM). Uzyskane wyniki jednoznacznie pokazują, iż przemiana tekstury zachodzi w temperaturze około 270 °C, czemu towarzyszy gwałtowny rozrost ziarna. Drobnoziarnista struktura (dśr < 1 μm) wytworzona w procesie odkształcenia jest zachowana do temperatury ok. 200 °C. Powyżej tej temperatury ulega silnemu rozrostowi oraz następuje utrata jednorodności rozkładu wielkości ziaren.

EN

The main aim of the experiment was to analyze the microstructure and texture changes during recrystallization of commercial AA1050 aluminum alloy. The samples were processed by equal channel angular pressing (ECAP) along route A up to six passes and then annealed for 1 hour at temperatures ranged between 100 and 350 °C, to obtain different states of recrystallization. Studies carried out using scanning electron microscopy equipped with high-resolution electron backscattered diffraction facility (EBSD). An additional analysis was made by means of X-ray diffractometer. The obtained results showed that at lower annealing temperatures, the material retains ultra-fine grain structure formed by ECAP. At higher annealing temperatures rapid grain growth appears and transformation of flattened grains into nearly equiaxed ones was observed. The {111} pole figures showed in the deformed and partially recrystallized states two, nearly complementarily oriented texture components. At the temperature of 270 °C these texture components were changed into other two dominant (also complementarily or twin-related) ones.

18

Wpływ obróbki cieplnej na własności oraz strukturę bimetalu cyrkon/(stal węglowa) wykonanego technologią zgrzewania wybuchowego

Prażmowski M., Paul H., Żok F.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

644--651

PL

W niniejszym artykule poddano ocenie wpływ obróbki cieplnej na własności mechaniczne oraz strukturę strefy połączenia bimetalu cyrkon (Zr 700) – stal (P355NL2). Badania prowadzono dla złączy o różnej charakterystyce strefy połączenia. Przedstawiono wyniki badań wytrzymałościowych (Ro, Rs, Rm), pomiaru (mikro)twardości oraz badań strukturalnych, prowadzonych zarówno w makro- jak i mikro- skali. Analiza wyników uzyskanych w badaniach mechanicznych i mikrostrukturalnych pozwala na stwierdzenie, że procesy obróbki cieplnej wpływają, na jakość uzyskanego połączenia. Istotnym jest dobór odpowiedniej temperatury, gdyż wraz z jej wzrostem zmniejsza się wytrzymałość strefy połączenia. Zastosowanie takich samych warunków obróbki dla materiałów o różnej charakterystyce złącza wykazało, że obróbka ta nie ma większego wpływu na wytrzymałość na ścinanie, natomiast w znaczący sposób wpływa na wytrzymałość na rozciąganie i odrywanie. W przypadku próbek o akceptowalnym udziale warstwy międzymetalicznej (RGP w przedziale 0-10 μm) obróbka cieplna spowodowała zmniejszenie Rm o ok. 30 %, natomiast Ro o ok. 15 %. Odwrotną tendencję zaobserwowano w przypadku bardzo dużego udziału warstwy przetopionej w złączu. Wzrost prędkości detonacji podczas procesu zgrzewania wybuchowego powoduje nie tylko zwiększony udziału obszarów przetopionych w złączu, lecz również wzrost strefy odkształcenia plastycznego, a tym samym umocnienia w okolicy granicy połączenia. Potwierdzają to pomiary mikrotwardości dla prezentowanych w pracy przypadków. Zastosowanie obróbki cieplnej powoduje zmniejszenie umocnienia w strefie połączenia, co szczególnie silnie obserwowane jest w materiale podstawowym, tj. stali. Zjawisko to jest efektem pełnej rekrystalizacji ziaren w strefie odkształcenia plastycznego.

EN

The thermal treatment is an important issue in producing material by means of explosion welding. The selection of the method and settings of the heat treatment depends on the chemical composition of the welded materials, and, in industrial conditions, also the dimensions (due to their tendency to deformation during heating and cooling cycles).This paper assesses the effect of the heat treatment on the mechanical properties and the structure of the bond zone in zirconium (Zr 700) – steel (P355NL2) bimetal. The investigations were performed for welds with varied characteristics of the bond zone. Experimental results were presented concerning the strength test (Ro, Rs, Rm), measurement of hardness, and structural analyses carried out in micro- and macro- scale. Mechanical and microstructural test results allow concluding that the heat treatment affect the quality of the obtained bond. The selection of temperature is paramount as the higher the temperature, the lower tensile resistance of the bond zone. Applying the same settings for materials with different characteristics showed the treatment did not considerably influence the shear strength, but significantly affects tensile and peeling strength. In the case of acceptable share of intermetallic layer (RGP in the range 0-10), the heat treatment caused decreasing Rm by about 30 % and Ro by around 15 %. A reverse tendency was observed in the case of a large share of the melt zone in the bond. The increase in the detonation velocity during explosion welding causes not only the increased share of the melted area in the bond, but also the increase of the deformed area and consequently hardening at the interface. The above is confirmed by microhardness measurements for the samples presented in this work. Applying heat treatment lowers the hardening in the bond zone, which is more pronounced in the base material (steel). This effect results from the full recrystallization of the grains in the plastic deformation area.

19

Relacje dezorientacji w początkowych stadiach rekrystalizacji metali o sieci RSC o średniej i małej energii błędu ułożenia

Miszczyk M., Paul H., Driver J.H., Maurice C.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

748--754

PL

Mechanizm stanowi ciągle silnie nierozpoznane zagadnienie. Jednym z kluczowych zagadnień związanych z opisem mechanizmów zarządzających procesem przemiany tekstury podczas wyżarzania jest identyfikacja typu granicy poprzez migrujący front rekrystalizacji. Celem niniejszej pracy było określenie dominujących relacji orientacji, pomiędzy stanem odkształconym a nowo powstałymi ziarnami we wczesnych stadiach rekrystalizacji w metalach o sieci regularnie ściennie centrowanej, o średniej i małej energii błędu ułożenia. Analizę prowadzono na monokryształach o orientacjach stabilnych w płaskim stanie odkształcenia, tj. „Goss”{110}<001> oraz „brass”{110}<112>. Monokrystaliczne próbki z Ni, Cu, Cu-2%Al odkształcono w próbie nieswobodnego ściskania do ok. 40 %. Następnie odkształcony materiał został poddany wyżarzaniu celem analizy preferencji w występowaniu relacji orientacji poprzez front rekrystalizacji. Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem wysokorozdzielczej skaningowej mikroskopii elektronowej i techniki dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (SEM-FEG/EBSD). Przeprowadzona analiza preferencji w rozkładzie osi i kąta dezorientacji poprzez front rekrystalizacji pokazuje, że relacje dezorientacji zbliżone do 40°<111> są realizowane jedynie sporadycznie. Wykazano, że dominują rolę odgrywają dezorientacje określone kątami z zakresów 25-35° i 45-55° oraz obrotem dookoła osi <122>, <012>, <112> zgrupowanych zazwyczaj w pobliżu normalnych do wszystkich czterech płaszczyzn {111}.

EN

The objective of this paper is to identify the predominant crystallographic relations between deformed state and recrystallized grains during the early stages of recrystallization of fcc metals with medium and low stacking fault energy. The experimental investigations, based on high resolution SEM/EBSD measurements, have focused on the transformations which occur in plane strain compressed single crystals with stable orientations. After annealing the disorientation across the recrystallization front defines the final rotation by angles in the ranges of 25-35° and 45-55° around axes mostly grouped near the <122>, <012>, <112> and <111> directions located around the normals of all four {111} slip planes.

20

Przemiany fazowe w strefie połączenia blach zgrzewanych z wykorzystaniem energii wybuchu

Paul H., Prażmowski M., Morgiel J., Faryna M., Skuza W.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

603--610

PL

W artykule analizowano zmiany, jakie dokonują się w warstwach pośrednich dwu- warstwowych układów na bazie stali (węglowej i austenitycznej) pokrywanej metalami reaktywnymi: Ta, Zr, Ti oraz aluminium pokrywanym miedzą. Zmiany mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego jak też zachowanie umocnieniowe badano na próbkach w stanie po spojeniu wykorzystując zaawansowane techniki obrazowania i pomiaru składu chemicznego w skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. W prowadzonej analizie kluczowe są transformacje wywołane dynamicznymi zmianami temperatury. W makro- skali proces spajania prowadzi do miejscowego nadtopienia łączonych metali. Obecność stref przetopień krytycznie wpływa na własności mechaniczne i fizyczne platerów. Zaobserwowano, że w prawidłowo wykonanym platerze, oprócz wyraźnie zarysowanych stref przetopień (grubości od kilku do kilkunastu μm) zawsze występuje pomiędzy łączonymi metalami cienka warstwa strefy przetopionej (grubości kilkudziesięciu nanometrów) determinująca wystąpienie trwałego spojenia. Ekstremalnie duże szybkości chłodzenia sprzyjają formowaniu się w strefie przetopień faz amorficznych lub mieszaniny amorficzno/(ultra drobnokrystalicznej) o składach chemicznych dalekich od tych, jakie są właściwe fazom krystalizującym w warunkach stacjonarnych. W procesie wygrzewania platerów fazy amorficzne ulegają przemianie skutkującej pojawieniem się mikrostruktury drobnokrystalicznej.

EN

The layers near the interface of explosively welded plates were investigated by means of microscopic observations with the use of scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopes (thin foils were prepared using Focus Ion Beam technique) equipped with energy dispersive spectrometer (EDX). Metal compositions based on steels and Ti, Zr, Ta and Cu on Al were analyzed. The study was focused on the identification of intermetallic phases inside the melted zones, the extent of melt mixing and interdiffusion between the bonded metals, as well as the changes in the dislocation structure. Electron diffractions and the TEM/EDX chemical composition measurements revealed presence of both stable and metastable phases. The crystalline or glassy nature of the solidified melt strongly depends on the chemical composition of the bonded sheets; dendrites were observed in the melted zone of the Al/Cu clad, whereas the amorphous phases and the nano- grains were identified in the bonding zone of the steel (carbon or stainless)/Zr, (carbon steel)/Ti and (stainless steel)/Ta clads. The elongated shape of the (sub)grains with the randomly distributed dislocations inside them, observed in the plates near the interface of all the metal compositions, clearly indicated that during welding deformation processes were prevailing over the softening ones.