Purpose: This study describe effect of processing parameters on the tensile behaviour of laminated composites synthesized using titanium and aluminium foils. Design/methodology/approach: 50, 100 and 150 μm thick titanium and 50 μm thick aluminium foils have been used to fabricate Ti-Al3Ti and Ti-(Al3Ti+Al) composites. These laminated materials were synthesized in vacuum with controlled treating time and temperature. All composites were synthesized at 650°C. Treating time was a main factor determining the composition and tensile behaviour of the composites. Tensile tests were performed on the materials with different microstructures to establish their properties and fracture behaviour. Findings: Since the examinations showed that Al3Ti was the only intermetallic phase formed during the reaction between titanium and aluminium, the initial foil thicknesses affected only the volume fraction of the resultant Ti, Al and Al3Ti layers. Aluminium layers reacted completely after 60 minutes resulting in microstructures with Ti residual layers alternating with the Al3Ti layers. After 60 minutes of treating all composites had higher yield strength and higher ultimate tensile strength than composites after 20 minutes of treating produced with the same thickness of starting Ti foil. On the other hand, strain at fracture behaved conversely. Research limitations/implications: The results of investigations indicated that tensile behaviour of the composites depended strongly on the thickness of individual Ti layers and the presence of residual Al layers at the intermetallic centrelines. Originality/value: In the present study, the reaction synthesis was employed to fabricate laminated composites in vacuum using Ti foils with different original thicknesses and Al foils with one constant thickness.
Lutowanie dyfuzyjne zostało wykonane pomiędzy tytanem (Grade 2) a stalą austenityczną (X5CrNil8-10) z wykorzystaniem foli aluminiowej o grubości 120 pm. Lutowanie zostało przeprowadzone w temperaturze 600°C. Czas wytrzymania próbek w piecu wynosił 60 min pod dociskiem 2, 4, 6 oraz 8 MPa. Proces spajania przeprowadzono z zastosowaniem próżni. Wpływ docisku na mikrostrukturę połączenia został przebadany na mikroskopie optycznym oraz elektronowym mikroskopie skaningowym, wyposażonym w mikroanalizator rentgenowski (EOS). Lutowiny różniły się wyraźnie od siebie w zależności od zastosowanego docisku podczas procesu lutowania. Połączenie pomiędzy materiałami skutkuje formowaniem się faz międzymetalicznych na granicach łączonych materiałów. Aluminiowa przekładka skutecznie blokowała dyfuzję pomiędzy tytanem a stalą austenityczną, zapobiegając powstaniu faz między metalicznych z układu równowagi Fe-Ti. Na granicy stali austenitycznej z aluminium wydzieliły się warstwy faz FeAI3 oraz FeJ\\'s Struktura złącza od strony tytanu składała się z warstwy fazy międzymetalicznej TiAI2 oraz nieprzereagowanego aluminium. Badanie wykazało, że docisk jest ważnym czynnikiem do kontroli właściwości mechanicznych połączeń spajanych dyfuzyjnie. Najwyższą wytrzymałość na ścinanie (88 MPa) uzyskano dla próbek przygotowanych przy użyciu najwyższej wartości docisku.
EN
In present investigation diffusion bonded joints between titanium (Grade 2) and stainless steel (X5CrNi 18-10) using 120 pm thick aluminum foil as a filler metal were produced at 600°Cfor 60 minutes under: 2,4, 6 and 8 MPa pressure in vacuum. The microstructure was investigated using light optical microscopy and scanning electron microscopy equipped with an energy dispersive X-ray system (EDS) to determine chemical composition of joint. Area of the brazed joints were different from each other depending on the pressure applied during the brazing process. Joining between dissimilar materials results in formation of intermetallic phases in the interface. The aluminum interlayer effectively blocked the diffusion of titanium to stainless steel side, thus prevented from formation of Fe-Ti intermetallic phases on the boundaries of joined materials. The FeAI3 and Fe2AI5 intermetallic layers were observed at the stainless steel-aluminum interfaces. At the aluminum-titanium interfaces TIAI2 intermetallic layer and unreacted aluminum were identified. The investigation shows that the pressure is important factor to control mechanical properties of diffusion bonded joints. The highest shear strength (88 MPa) was achieved for samples prepared using the highest pressure value.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose of this paper is investigating if the effect of diffusion bonding parameters on the microstructure and mechanical properties of the joints. Design/methodology/approach: Titanium and X5CrNi18-10 stainless steel samples were joined by diffusion bonding using copper foil as a filler metal at temperatures of 850, 875, 900, 925, 950 and 1000°C. From the stainless steel site of joint in all samples, regardless of the temperature of the process, there were formed layers of FeTi phase, and additionally layers of Fe2Ti at 925, 950 and 1000°C. Findings: The structure of the joint from the titanium site was composed of the eutectoid mixture αTi+CuTi2 and layers of phases CuTi2, CuTi, and Cu4Ti3. Hardness of joints reached higher value than for titanium and stainless steel, and it achieved value from 185 to 580 HV. The hardest phase was FeTi. The maximum shear strength was achieved for joints performed at 900°C. Researches limitations/implications: The structural examinations have shown significant changes in joints and relatively expansive diffusion zones on the borders of the joined materials. Structures of joints depended on the temperature of the process. Originality/value: The useful properties have led to a considerable interest in joining titanium and titanium alloys to steel (especially stainless steel) for application in aerospace, transportation, petrochemical and power generation industries.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In present investigation diffusion brazed joints between titanium (Grade 2) and stainless steel (X5CrNi18-10) using 100 μm thick aluminum foil as a filler metal were produced at the temperature range from 550 to 700°C for 60 minutes under 2 MPa bonding pressure in vacuum. The effect of temperature on the microstructure was investigated using light optical microscopy and scanning electron microscopy equipped with an energy dispersive X-ray system (EDS) to determine chemical composition of joint. The FeAl3 and Fe2Al5 intermetallic layers were observed at the stainless steel-aluminum interfaces. At the aluminum-titanium interfaces TiAl, TiAl2, TiAl3 intermetallic layers were identified. The thickness of the reaction products increases with increase in the joining temperature. The highest shear strength (91 MPa) was achieved for samples prepared at 600°C.
PL
Lutowanie dyfuzyjne zostało wykonane pomiędzy tytanem (Grade 2) a stalą nierdzewna (X5CrNi18-10) z wykorzystaniem foli aluminiowej o grubości 100 μm. Lutowanie zostało przeprowadzone w temperaturach od 550 do 700°C w czasie 60 minut pod dociskiem 2 MPa w próżni. Wpływ temperatury na mikrostrukturę połączenia został przebadany na mikroskopie optycznym oraz elektronowym mikroskopie skaningowym wyposażonym w mikroanalizator rentgenowski (EDS). Na granicy stali nierdzewnej z aluminium wydzieliły się warstwy faz FeAl3 oraz Fe2Al5. Struktura załącza od strony tytanu składała się oraz warstw faz międzymetalicznych TiAl, TiAl2, TiAl3. Grubość warstw reakcyjnych rosła wraz ze wzrostem temperatury lutowania. Najwyższą wytrzymałość (91 MPa) uzyskano podczas testów ścinania technologicznego połączeń lutowanych w temperaturze 600°C.
Diffusion brazing was performed between titanium (Grade 2) and stainless steel (X5CrNi18-10) using as a filler a nickel foil at the temperatures of 850, 900, 950 and 1000°C. The microstructure was investigated using light microscopy and scanning electron microscopy equipped with an energy dispersive X-ray system (EDS). The structure of the joints on the titanium side was composed of the eutectoid mixture αTi+Ti2Ni and layers of intermetallic phases Ti2Ni, TiNi and TiNi3. The stainless steel-nickel interface is free from any reaction layer at 850°C, above this temperature thin layer of reaction appears. The microhardness measured across the joints reaches higher values than for titanium and stainless steel, and it achieves value from 260 to 446 HV. The highest shear strength (214 MPa) was achieved for joints brazed at 900°C.
In the present study, commercial pure titanium (Grade 2) was joined to the stainless steel (X5CrNi18-10) by diffusion bonding using aluminium, copper, and nickel as interlayers (100 μm). The investigation focuses on comparing the wear and corrosion resistance of the obtained diffusion joints. The microstructure of the joints was investigated using scanning electron microscopy equipped with an energy dispersive X-ray system (EDS) to determine the chemical composition of joint. The value of friction force and the wear resistance of diffusion bonded joints were carried out by block-on-ring frictional pair, preformed on the tribological tester T-05. The study was carried out under conditions of technically dry friction for the concentrated sliding contact loaded with 300 N. The friction distance for each test was 400 m. The results show that the maximum values of the friction coefficient and mass loss were obtained for joints with a nickel interlayer. The galvanic corrosion tests were carried out in 0.5 M Na2SO4 solution acidified to pH 1 with a sulphuric acid solution. The potentiodynamic polarization curves show that the lowest corrosion current was registered for the joints performed by copper.
PL
W niniejszej pracy połączono czysty tytan (Grade 2) ze stalą nierdzewną (X5CrNi18-10) poprzez spajanie dyfuzyjne z użyciem międzywarstw z aluminium, miedzi oraz niklu (100 μm). Badanie koncentruje się na porównaniu odporności na zużycie i korozję uzyskanych złączy dyfuzyjnych. Mikrostrukturę połączeń badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wyposażonej w system dyspersji energii (EDS) w celu określenia składu chemicznego spoiny. Wartość siły tarcia oraz odporności na ścieranie połączeń dyfuzyjnych została określona za pomocą testera tribologicznego T-05, który pracował w układzie pary ciernej typu „blok–pierścień”. Badania przeprowadzono w warunkach tarcia technicznie suchego dla styku ślizgowego obciążonego 300 N. Droga tarcia dla każdego testu wynosiła 400 m. Wyniki wskazują, iż najwyższą wartość współczynnika tarcia i ubytku masy uzyskano dla połączeń z niklową przekładką. Badanie odporności na korozję elektrochemiczną przeprowadzono w 0,5 M roztworze Na2SO4 zakwaszonym do pH 1 kwasem siarkowym. Potencjodynamiczne krzywe polaryzacji wskazują, że najniższą wartość prądu korozyjnego zarejestrowano dla połączeń wykonanych przy użyciu przekładki miedzianej.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Composite γ-Ni+γ’ coatings on an iron substrate were developed by the conversion of Ni+Al electrodeposits with dispersed Al particles in an Ni matrix. The conversion was made by vacuum annealing at 900°C for 3 h under a uniaxial pressure of 1 MPa and full-density composite coatings were obtained. A nickel interlayer was successfully employed to block the mutual diffusion between the iron substrate and aluminium and therefore hard and brittle Fe-Al intermetallics were not formed. The oxidation resistance of as-plated Ni and γ-Ni+γ’ composite coatings at 1000°C was compared. After 100 hours at 1000°C, a mass gain of oxides for the γ-Ni+γ’ coating was about 7 times less than for the nickel coating. The γ-Ni+γ’ coating follows parabolic oxidation kinetics, which implies that oxidation is bulk-diffusion controlled. SEM/EDS and XRD characterization showed that during oxidation, a thin continuous Al2O3 layer is formed below the matrix of an NiAl2O4 spinel. The wear mass loss of the γ-Ni+γ’ coatings was found to be about 3 times smaller than the as-plated Ni and Ni+Al coatings. Moreover, the γ-Ni+γ’ coatings oxidised for 20 h, containing very hard and wear-resistant Al2O3 particles, show the smallest wear mass loss of all the tested materials.
PL
Warstwy kompozytowe γ-Ni+γ’ na podłożu żelaza zostały wytworzone na drodze galwanicznych powłok Ni+Al. Konwersji dokonano poprzez wygrzewanie w próżni w temperaturze 900°C przez 3 godziny pod naciskiem. Uzyskano nieporowate powłoki kompozytowe. Zastosowana warstwa niklu skutecznie zablokowała dyfuzję pomiędzy podłożem z żelaza oraz cząstkami aluminium i dlatego w badanych próbkach nie stwierdzono występowania kruchych faz z układu Fe-Al. Porównano odporność na utlenianie w temperaturze 1000°C galwanicznej powłoki niklowej oraz powłoki kompozytowej γ-Ni+γ’. Stwierdzono, iż przyrost masy tlenków dla warstwy kompozytowej był około 7-krotnie mniejszy niż dla powłoki niklowej. Określono także kinetykę przyrostu masy tlenków. Badania z wykorzystaniem metod SEM/EDS oraz XRD pozwoliły scharakteryzować powstałe podczas utleniania produkty. Stwierdzono, że na niklu powstawały warstwy NiO, a warstwy tlenków na kompozycie γ-Ni+γ’ składały się z NiAl2O4, pod którymi występowały ciągłe warstewki Al2O3. Testy trybologiczne wykazały, że ubytek masy warstw kompozytowych γ-Ni+γ’ był około trzy razy mniejszy niż galwanicznych warstw niklowych oraz kompozytowych warstw Ni+Al. Ponadto stwierdzono, że utleniane przez 20 h warstwy γ-Ni+γ’ miały najmniejszy ubytek masy podczas prób ścierania spośród wszystkich badanych materiałów. Efekt ten pojawiał się po czasie badania dłuższym niż 25 minut, gdy zostały odsłonięte w warstwie twarde i odporne na ścieranie cząstki Al2O3.