Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của các thông số quy trình đến cấu trúc vi và các tính chất cơ học của ống thép P91 được hàn bằng phương pháp khuấy ma sát
Tóm tắt
Hiệu quả của quy trình hàn khuấy ma sát (FSW) trong việc nối các ống thép ferritic/martensitic P91 được nghiên cứu trong nghiên cứu này. Ảnh hưởng của các thông số quy trình, cụ thể là tốc độ trục chính (RPM) và tốc độ hàn (mm/phút), đối với cấu trúc vi và các tính chất cơ học (cụ thể là độ cứng và độ bền kéo) của mối hàn ống được nghiên cứu chi tiết. Đánh giá cấu trúc vi của mối hàn ống được thực hiện thông qua kính hiển vi quang học (OM), kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), phân tích X-ray phân tán năng lượng (EDX) và phân tích nhiễu xạ X-ray (XRD). Sự tinh chỉnh hạt được quan sát thấy trong vùng khuấy (SZ), vùng này cũng hiển thị độ cứng gần gấp đôi so với kim loại cơ sở P91. Nhiệt độ sinh ra trong quá trình hàn được phát hiện có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo của các mối hàn. Trên thực tế, độ bền mối hàn được ghi nhận là tối đa tại tốc độ trục chính 500 rpm, sau đó sẽ giảm xuống. Ở sự kết hợp tối ưu của các thông số, đạt được mối hàn ống không có khuyết tật với hiệu suất nối trên 100%. Hiện tượng biến dạng dẻo và tăng độ cứng do biến dạng là nguyên nhân dẫn đến biểu hiện độ bền cao hơn của các mối hàn. Phân tích thành phần của mối hàn cho thấy không có sự bao gồm từ công cụ, điều này gợi ý rằng công cụ PCBN hiện tại là phù hợp để thực hiện việc hàn ống. Kết quả của nghiên cứu hiện tại dự kiến sẽ mang lại lợi ích cho cả cộng đồng nghiên cứu cũng như ngành công nghiệp.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Thomas W, Nicholas E, Needham J, Murch M, Templesmith P, Dawes CJ (1991) International patent application no. PCT/GB92/02203
Mishra RS, Ma Z (2005) Friction stir welding and processing. Mater Sci Eng R Rep 50:1–78. https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.07.001
Çam G, İpekoğlu G, Küçükömeroğlu T, Aktarer SM (2017) Applicability of friction stir welding to steels. J Achiev Mater Manuf Eng 80:65–85
Karami S, Jafarian H, Eivani AR, Kheirandish S (2016) Engineering tensile properties by controlling welding parameters and microstructure in a mild steel processed by friction stir welding. Mater Sci Eng A 670:68–74. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.06.008
Imam M, Ueji R, Fujii H (2015) Microstructural control and mechanical properties in friction stir welding of medium carbon low alloy S45C steel. Mater Sci Eng A 636:24–34. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.03.089
Khodir S, Morisada Y, Ueji R, Fujii H (2012) Microstructures and mechanical properties evolution during friction stir welding of SK4 high carbon steel alloy. Mater Sci Eng A 558:572–578. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.08.052
Emami S, Saeid T, Khosroshahi RA (2018) Microstructural evolution of friction stir welded SAF 2205 duplex stainless steel. J Alloys Compd 739:678–689. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.310
Li H, Jiang Z, Feng H, Zhang S, Li L, Han P et al (2015) Microstructure, mechanical and corrosion properties of friction stir welded high nitrogen nickel-free austenitic stainless steel. Mater Des 84:291–299. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.06.103
Iqbal MP, Vishwakarma RK, Pal SK, Mandal P (2020) Influence of plunge depth during friction stir welding of aluminum pipes. Proc IMechE Part B J Eng Manuf:0954405420949754. https://doi.org/10.1177/0954405420949754
Chen B, Chen K, Hao W, Liang Z, Yao J, Zhang L, Shan A (2015) Friction stir welding of small-dimension Al3003 and pure Cu pipes. J Mater Process Technol 223:48–57. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.03.044
Bagheri B, Abbasi M, Dadaei M (2020) Mechanical behavior and microstructure of AA6061-T6 joints made by friction stir vibration welding. J Mater Eng Perform 29:1165–1175. https://doi.org/10.1007/s11665-020-04639-7
Pandey C, Mahapatra M, Kumar P, Saini N, Srivastava A (2017) Microstructure and mechanical property relationship for different heat treatment and hydrogen level in multi-pass welded P91 steel joint. J Manuf Process 28:220–234. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.06.009
Sunilkumar D, Muthukumaran S, Vasudevan M, Reddy GM (2021) Microstructure and mechanical properties relationship of friction stir-and A-GTA-welded 9Cr-1Mo to 2.25 Cr-1Mo steel. J Mater Eng Perform 30:1221–1233. https://doi.org/10.1007/s11665-020-05426-0
Li S, Yang X, Wang F, Tang W, Li H (2019) Microstructural characteristics and mechanical properties of friction-stir-welded modified 9Cr–1Mo steel. J Mater Sci 54:6632–6650. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03346-6
Kalvala PR, Akram J, Misra M, Ramachandran D, Gabbita JR (2016) Low temperature friction stir welding of P91 steel. Def Technol 12:285–289. https://doi.org/10.1016/j.dt.2015.11.003
Krishna AV, Lakshminarayanan A, Vasantharaja P, Vasudevan M (2023) Unravelling the microstructure–indentation creep resistance relationships for friction stir welded modified 9Cr-1Mo steel and LN-type 316 stainless-steel dissimilar joints. Proc Inst Mech Eng Part L J Mater Des Appl:14644207221148658. https://doi.org/10.1177/14644207221148658
Ronevich JA, Somerday BP, Feng Z (2017) Hydrogen accelerated fatigue crack growth of friction stir welded X52 steel pipe. Int J Hydrog Energy 42:4259–4268. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.10.153
Kang SH, Vasudevan M, Noh S, Jin HJ, Jang J, Kim TK (2016) Friction stir welding of F/M ODS steel plug and F/M steel tube. Fusion Eng Des 109:182–185. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2016.03.033
Schmale J, Fehrenbacher A, Shrivastava A, Pfefferkorn FE (2016) Calibration of dynamic tool–workpiece interface temperature measurement during friction stir welding. Measurement 88:331–342. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2016.02.065
Lienert TJ, Stellwag WL Jr, Grimmett BB, Warke RW (2003) Friction Stir Welding Studies on Mild Steel. Weld J:1–9S
Nagaraj M, Ravisankar B (2018) Enhancing the strength of structural steel through severe plastic deformation based thermomechanical treatment. Mater Sci Eng A 738:420–429. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.095
Pandey C, Mahapatra MM, Kumar P, Saini N (2018) Some studies on P91 steel and their weldments. J Alloy Compd 743:332–364. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.120
Zhang C, Cui L, Liu Y, Liu C, Li H (2018) Microstructures and mechanical properties of friction stir welds on 9% Cr reduced activation ferritic/martensitic steel. J Mater Sci Technol 34:756–766. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.11.049
Arivazhagan B, Sundaresan S, Kamaraj M (2009) A study on influence of shielding gas composition on toughness of flux-cored arc weld of modified 9Cr–1Mo (P91) steel. J Mater Process Technol 209:5245–5253. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.02.006
Silwal B, Li L, Deceuster A, Griffiths B (2013) Effect of postweld heat treatment on the toughness of heat-affected zone for grade 91 steel. Weld J 92:80–87
Pandey C, Mahapatra MM (2016b) Effect of heat treatment on microstructure and hot impact toughness of various zones of P91 welded pipes. J Mater Eng Perform 25:2195–2210. https://doi.org/10.1007/s11665-016-2064-x
Ramesh R, Dinaharan I, Kumar R, Akinlabi E (2017) Microstructure and mechanical characterization of friction stir welded high strength low alloy steels. Mater Sci Eng A 687:39–46. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.01.050
Zhang C, Cui L, Wang D, Liu Y, Li H (2018) Effect of microstructures to tensile and impact properties of stir zone on 9% Cr reduced activation ferritic/martensitic steel friction stir welds. Mater Sci Eng A 729:257–267. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.05.043
Sunilkumar D, Muthukumaran S, Vasudevan M, Reddy M (2020) Tool rotational speed variant response on the evolution of microstructure and its significance on mechanical properties of friction stir welded 9Cr-1Mo steel. J Mater Process Technol 278:116536. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116536
Pandey C, Mahapatra M (2016) Effect of long-term ageing on the microstructure and mechanical properties of creep strength enhanced ferritic P91 steel. Trans Indian Inst Met 69:1657–1673. https://doi.org/10.1007/s12666-015-0826-z
Han W, Kimura A, Tsuda N, Serizawa H, Chen D, Je H et al (2014) Effects of mechanical force on grain structures of friction stir welded oxide dispersion strengthened ferritic steel. J Nucl Mater 455:46–50. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.03.027
Jafarzadegan M, Feng A, Abdollah-Zadeh A, Saeid T, Shen J, Assadi H (2012) Microstructural characterization in dissimilar friction stir welding between 304 stainless steel and st37 steel. Mater Charact 74:28–41. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2012.09.004
Ghosh M, Kumar K, Mishra R (2012) Process optimization for friction-stir-welded martensitic steel. Metall Mater Trans A 43:1966–1975. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1084-x
Sawada K, Hara T, Tabuchi M, Kimura K, Kubushiro K (2015) Microstructure characterization of heat affected zone after welding in Mod. 9Cr–1Mo steel. Mater Charact 101:106–113. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.01.013
Pandey C, Giri A, Mahapatra M (2016) Evolution of phases in P91 steel in various heat treatment conditions and their effect on microstructure stability and mechanical properties. Mater Sci Eng A 664:58–74. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.03.132
Paul VT, Saroja S, Vijayalakshmi M (2008) Microstructural stability of modified 9Cr–1Mo steel during long term exposures at elevated temperatures. J Nucl Mater 378:273–281. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.06.033