بهینه‌سازی استحکام برشی اتصالات لحیم‌کاری سخت فولاد زنگ‌نزن 420 با استفاده از پرکننده پایه نیکل BNi-2 به روش رویه پاسخ

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، واحد اندیمشک، دانشگاه آزاد اسلامی، اندیمشک، ایران

10.22044/jsfm.2024.13615.3794

چکیده

در این تحقیق به بررسی شرایط بهینه در تأثیر پارامترهای دما، زمان و درز اتصال در اتصالات لحیم‌کاری سخت فولاد زنگ نزن 420 با فلز پرکننده پایه نیکل BNi-2 بر روی استحکام برشی نمونه‌های لب روی لب به روش رویه پاسخ پرداخته شده است. پارامترهای دما، زمان و درز اتصال از طریق طراحی آزمایش به روش باکس بنکن تعیین شدند، بطوریکه ضخامت آلیاژ پایه نیکل BNi-2 در این تحقیق 04/0، 07/0 و 1/0 میلی‌متر در نظر گرفته شد. بعد از آماده‌سازی نمونه‌ها، آنها در دماهای °C 1000، °C 1070، °C 1140 در زمان 10، 30 و 50 دقیقه در کورۀ خلأ قرار گرفتند. آزمون مکانیکی کشش برای تعیین استحکام برشی اتصالات انجام شد. مشاهده شد که افزایش درز اتصال از 04/0 تا 1/0 میلی‌متر باعث کاهش 14 درصدی استحکام برشی گردید. همچنین افزایش دمای کوره از °C1000 تا °C1140 باعث افزایش 21 درصدی استحکام برشی و افزایش زمان کوره از 10 تا 50 دقیقه باعث افزایش 27 درصدی استحکام برشی شده است. در انتها با بهینه‌سازی به روش رویه پاسخ مشاهده گردید که اتصالی با درز اتصال 04/0 میلی‌متر، دمای °C 84/1109 و زمان 58/46 دقیقه دارای بیشترین استحکام برشی به مقدار 429/164 مگاپاسکال می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] محمود شاکری و ابوالفضل درویزه (1376) مکانیک ضربه، جلد اول. انتشارات دانشگاه گیلان.
[2] Zamani P, Farhangdoost K (2020) On the Influence of riveting process parameters on fatigue life of riveted lap joint. J. Appl. Comput. Mech. 6(2):248-58.
[3] Kemmenoe DJ, Theisen EA, Baker SP (2022) Strength of 444 stainless steel single-lap joints brazed with Ni-based metallic glass foils for corrosive environments. Metall. Mater. Trans. A 53(4):1407-18.
[4] Haran-Nogueira A, Kasaei MM, Akhavan-Safar A, Carbas RJ, Marques EA, da Silva LF (2023) Failure analysis of hybrid bonded-hole hemmed joints for dissimilar materials. Thin-Walled Struct. 189:110907.
[5] Chaturvedi M (2020) Welding and joining of aerospace materials. Woodhead publishing.
[6] Minea AA (2016) Book Review: Introduction to Brazing Technology. The Annals of" Dunarea de Jos" University of Galati. Fascicle XII: Welding Equipment and Technology 27:5.
[7] Way M, Willingham J, Goodall R (2020) Brazing filler metals. Int. Mater. Rev. 65(5):257-285.
 [8] Klotz UE, Liu C, Khalid FA, Elsener HR (2008) Influence of brazing parameters and alloy composition on interface morphology of brazed diamond. Mater. Sci. Eng. 495(1-2): 265-270.
 [9] Kamal A, Shukla AK, Shinde VM, Rajasekhar BV (2023) Microstructure and mechanical properties of C/SiC-niobium alloy (C103) joint brazed with TiCuAg alloy for aerospace applications. Ceram. Int.
 [10] Hongjie H, Guangmin Sh, Mingcan L, and Yingjun J (2018) Dynamic behaviors of 0Cr18Ni0Ti temperatures stainless steel welded joints at elevated and high strain rates. RARE METAL. MAT. ENG. 47(8): 2290-2297.
 [11] Davoodi Jamaloei A, Khorram A, Jafari A (2017) Characterization of microstructure and mechanical properties of dissimilar TLP bonding between IN718/IN600 with BNi-2 interlayer. J. Manuf. Process. 29: 447–457.
 [12] رضا سلطانی طاشی، سید علی اصغر اکبری موسوی (1389) شکست پذیری اتصال غیرمشابه لحیم کاری سخت تحت خلاء Ti-6Al-4V به فولاد زنگ‌نزن 316L با استفاده از فلز پرکننده AgCuZn. یازدهمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی، تهران.
[13] Li Y, Feng J, Peng H (2009) Mechanical response of the TiAl/steel brazed joint under impact load. J Mater Sci 44: 3077–3081.
[14] Yaning L, Xinting K, Jian W, Huiping T (2018) Bonding Characterization Between 316L and Porous Stainless Steel Pipes by Vacuum Brazing. RARE METAL. MAT. ENG. 47(2): 0474-0478.
[15] Sudmeyer I, Hettesheimer T, Rohde M (2010) On the shear strength of laser brazed SiC–steel joints: Effects of braze metal fillers and surface patterning. Ceram. Int. 36(3): 1083–1090.
[16] پژمان صارمی، مسعود کثیری (1395) بررسی شرایط بهینه لحیم کاری غیرهمجنس تیتانیوم خالص تجاری به فولاد زنگ‌نزن 304 کم کربن با استفاده از پرکننده پایه نقره BAg-8. بیست و هشتمین نشریه مهندسی متالوژی و مواد.
[17] Dong k, Kong J (2019) A high-strength vacuum-brazed TiAl/Ni joint at room temperature and high temperature with an amorphous foil Zr-Al-Ni-Co filler metal. J. Manuf. Process. 44: 389–396.
[18] Du Y, Zhang J, Li J, Wang F, Ding Y, Xiong J, Guo W (2023) Microstructure evolution and mechanical properties of Ti2AlNb/TC17 joints brazed with Ti–Zr–Cu–Ni filler metal. J. Vac. 215: 112365.
[19] American Welding Society: AWS C3.2 Standard Method for Evaluating the Strength of Brazed Joints, American Welding Society, Miami, FL, 2019, pp. 1–17.
[20] Montgomery DC (2017) Design and analysis of experiments. John wiley & sons.
[21] Eriksson L, Johansson E, Kettaneh-Wold N, Wikström C, Wold S (2000) Design of experiments. Principles and Applications, Learn ways AB, Stockholm.
[22] Li Y, Feng J, Peng H, Hua Z (2009) Mechanical response of the TiAl/steel brazed joint under impact load. J. Mater. Sci. 44:3077-81.
[23] Lugscheider E, Krappitz H (1986) The influence of brazing conditions on the impact strength of high-temperature brazed joints. Weld. J. 65(10): 261.
[24] Cai YS, Liu RC, Zhu ZW, Cui YY, Yang R (2017) Effect of brazing temperature and brazing time on the microstructure and tensile strength of TiAl-based alloy joints with Ti-Zr-Cu-Ni amorphous alloy as filler metal. Intermetallics 91:35-44.
[25] Zaharinie T, Yusof F, Hamdi M, Ariga T, Moshwan R (2014) Effect of brazing temperature on the shear strength of Inconel 600 joint. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 73: 1133-40.
[26] Lee YW, Kim JH, Song YS, Seok CS (2007) Mechanical strength and microstructural characterization of SUS304 brazed joints with BNi-2 filler metal: influence of brazing temperature and time. Solid State Phenomena 124: 1673-6.
[27] Kawakatsu I, Osawa T, Saito H (1979) Brazed joint strength of stainless steel with nickel base filler metals. J. JPN. I. MET. MATER. 43(11): 1001-7.
 
[28] Fazeli I, Emami MR, Rashidi A (2021) Investigation and optimization of the behavior of heat transfer and flow of MWCNT-CuO hybrid nanofluid in a brazed plate heat exchanger using response surface methodology. International Communications in Heat and Mass Transfer 122:105175.
[29] سید عمادالدین حسینی و مصطفی امیرجان (1398) طراحی، تحلیل و مقایسه آلیاژ بریزینگ پایه نیکل عاری از بور، هشتمین کنفرانس بین المللی مواد و متالوژی.