Titanyum ve ferritik paslanmaz çelik malzemelerin nikel arabağlayıcı kullanılarak difüzyon kaynak yöntemi ile birleştirilebilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, saf titanyum ile ferritik paslanmaz çelik sac malzemeler farklı sıcaklık (800, 825, 850 ve 875 oC) ve farklı bekleme süreleri kullanılarak (15, 30, 60 ve 120 dk), sabit basınç altında (3 MPa), argon atmosferi ortamında ve nikel arabağlayıcı kullanılarak difüzyon kaynak yöntemi ile birleştirilmiştir. Kaynaklı birleştirmelere, arayüzey dayanımının belirlenebilmesi için çekme-makaslama testi ile sertlik testleri uygulanmıştır. Ayrıca, kaynaklı bağlantıların arayüzeyinde meydana gelen reaksiyon bölgesinin mikroyapı özellikleri, optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Çekme-makaslama deneyleri sonunda, düşük sıcaklıklarda birleştirilen kaynaklı birleştirmelerde genellikle kopma, kaynak bölgesinin nikel-ferritik paslanmaz çelik arayüzeyinde, yüksek sıcaklıklarda ise arayüzeyin titanyum tarafında olduğu belirlenmiştir. Kaynaklı numunelerden, en yüksek arayüzey dayanımı 30 dakika süre ve 850 oC sıcaklıkta birleştirilen numuneden, 214 MPa olarak ölçülmüştür. Sertlik deneyleri sonucunda en yüksek sertlik değerinin birleşmenin arayüzeye en yakın titanyum tarafında olduğu, ayrıca sıcaklık ve sürenin artmasına bağlı olarak sertlik değerlerinin arttığı belirlenmiştir. SEM/EDS çalışmaları sonucunda, artan sıcaklık ve süreye bağlı olarak difüz eden atom miktarının ve difüzyon mesafesinin arttığı görülmüştür. Ayrıca yapılan noktasal ve çizgisel analizler sonucunda elde edilen kimyasal içeriğe ve Ti-Ni-Fe denge diyagramından faydalanılarak birleşme arayüzeyinde NiTi2, Ni3Ti, TiNi, Ti2Ni, TiFe, TiFe2, FeTi, Fe2Ti fazlarının meydana gelebileceği sonucuna varılmıştır.

In this study, pure titanium and ferritic stainless steel plates were joined through diffusion welding using a nickel interlayer at various temperatures (800, 825, 850 and 875 oC), holding time (15, 30, 60 and 120 min) and under constant pressure (3 MPa) under argon shielding media. The welded joints were subjected to tensile-shear tests and hardness tests in order to determine their interfacial strength. In addition, microstructural properties of the joined interface were examined using optical and scanning electron microscope (SEM). The tensile-shear test results showed that the fractures occurred mostly in the interface of the Ni-ferritic stainless steel web at lower temperatures. However, the fractures occurred only at the titanium side of the interface at higher temperatures. The work showed that the highest interface strength (214 MPa) was obtained for the specimens joined at 850 °C for 30 min. It was seen from the hardness results that the highest hardness value was obtained for the titanium side and the hardness values increased with increasing welding temperature and holding time.SEM/EDS examinations showed that the diffused atoms and diffusion distance increased depending on the increasing temperature and holding time. The formed structures in the reaction areas were determined with the help of Ti-Ni-Fe equilibrium diagram and the chemical composition. It is thought that these structures can be NiTi2, Ni3Ti, TiNi, Ti2Ni, TiFe, TiFe2, FeTi, and Fe2Ti intermetallic phases in the bonding interface.