اثر حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص مکانیکی مقطع جوش ورق فولاد فوق مستحکم کم آلیاژ در شرایط کوئنچ و بازپخت شده (4340AISI)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشکده مواد فلزی، مجتمع دانشگاهی مهندسی مواد و فرایندهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 کارشناس ارشد مهندسی مواد گرایش ریخته گری، دانشگاه صنایع و معادن ایران، تهران، ایران.

3 کارشناس ارشد مهندسی مواد گرایش شناسایی و انتخاب مواد، مجتمع دانشگاهی مهندسی مواد و فرایندهای ساخت دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده

در این پژوهش اثر تغییرات حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص مکانیکی مقطع جوش ورق فولادی از گرید فوق مستحکم کم آلیاژ را در شرایط کوئنچ و تمپر شده (AISI4340) بررسی می شود. جوشکاری توسط فرایند دستی GTAW و با استفاده از فیلر کم کربن و با اعمال عملیات حرارتی پیشگرم و تنش زدایی انجام شد. نتایج ماکروگرافی نشان داد که با افزایش حرارت ورودی، ضمن گسترده شدن ناحیه HAZ ، موجب رشد اندازه دانه های آستنیت اولیه می شود. ریزساختار جوش شامل فازهای مارتنزیت و فریت است و با افزایش حرارت ورودی میزان کسر حجمی فریت افزایش می یابد. بدلیل کاهش سرعت سرد شدن موفولوژی فریت به سوزنی تغییر می کند، ریزساختار مارتنزیت به همراه بینیت بلوکی شکل در منطقه HAZ مشاهده می شود. سختی منطقه HAZ با افزایش حرارت ورودی کاهش می یابد. با افزایش حرارت ورودی، استحکام کششی از MPa 1078 تا 970 کاهش می یابد. علاوه بر این، انرژی ضربه با افزایش حرارت ورودی در منطقه جوش افزایش می یابد و در HAZ کاهش می یابد. بنابراین ، برای دست یابی به خواص مکانیکی بهینه در مقاطع جوشکاری سازه های کوئنچ و بازپخت شده، استفاده از فیلر کم کربن به همراه حرارت ورودی کم موثر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of heat input on the microstructure and mechanical properties of the high strength and low alloy steel welded joint in quenched and tempered condition (AISI 4340)

نویسندگان [English]

  • Alireza Mirak 1
  • morteza Rezaimanesh 2
  • meysam gaeeni 3
1 Assistant Professor, Material Research and Manufacturing Technology, MUT University. Tehran, Iran.
2 Student of B.Sc., Iran university of industries and mines, Tehran, Iran.
3 Student of B.Sc., Malk e ashtar university technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

This research deals with the effect of heat input on microstructure and mechanical properties of a sheet welded joints made of low alloy quenched and tempered steel (AISI 4340). Samples were prepared by manual gas tungsten arc welding (GTAW) with the low carbon consumable and also pre and post-weld heat treatment has been applied. Macro etch analysis showed that as the heat input increases, the HAZ area widespread. Indeed, the primary austenite grain phase grows up. The microstructure of HAZ consists of bainite and different ferrite morphology. The martensite and ferrite can be seen in the weld section. The volume fraction of ferrite increases as heat input increases. Furthermore, the ferrite morphology changes to acicular ferrite due to reduced cooling rate in the weld. Tensile strength decreases from 1078 Mpa to 970 Mpa correlatively coarsening in the heat-affected zone. Impact energy results vary with heat input correspondingly, the toughness increases in the weld and was reduced in HAZ. However, for conclusion, improved mechanical properties of the weld joints were achieved using low heat input and low carbon consumable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 4340 steel sheet
  • GTAW Welding
  • Heat input
  • Microstructure
  • Mechanical properties
[1] Tomita Y. Development of fracture toughness of ultrahigh strength, medium carbon, low alloy steels for aerospace applications. International materials reviews. 2000;45:27-37.

 

[2] Thoni V.P. ,“Ultrahigh-Strength Steelsˮ, ASM Handbook ,Vol.1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance Alloys, ASM International, 1991.

 

[3] Klein M., Spindler H., Luger A., Rauch R., Stiaszny P., and Eigelsberger, P. M., ,"Thermomechanically hot rolled high and ultra high strength steel grades-processing, properties" Materials Science Forum, 500-501, pp. 543-550, 2005.

 

[4] Metals handbook, Desk Ed., ASM, Metals Park, Ohio (1992) 30.28.

 

[5] D. L. Olson, T. A. Siewert, S. Liu, and G. R. Edwards., "Selection of Carbon and Low-Alloy Steels," in Welding, Brazing & Soldering, vol. 610 ed. ASM international material park: ASM Handbook.

 

[6] G. Magudeeswaran, V. Balasubramanian, G. Madhusudhan Reddy, “Hydrogen induced cold cracking studies on armour grade high strength, quenched and tempered steel weldmentsˮ, International  Journal of Hydrogen  Energy, Vol. 33, pp. 1897–1908, 2008

 

[7] Yurioka, N., Suzuki, H., 1990, "Hydrogen assisted cracking in C-Mn and low alloy steel

weldments," International Materials Reviews, 35 (4) pp. 217-246.

 

[8] M. St. Węglowski, M. Zeman, “Prevention of cold cracking in ultra-high strength steel Weldox 1300 ˮ, archives of civil and mechanical engineering, Vol.1 4, pp.417 – 424, 2014.

 

[9] Paul Kah, Markku Pirinen, Ramio Suoranta, Jukka Martikainen, “Welding of Ultra High Strength Steels ˮ, Advanced Materials Research, Vol. 849, pp 357-365, 2013.

 

[10] G. Magudeeswaran, V. Balasubramanian, G. Madhusudhan Reddy, “Hydrogen induced cold cracking studies on armour grade high strength, quenched and tempered steel weldmentsˮ, International  Journal of Hydrogen  Energy, Vol. 33, pp. 1897–1908, 2008.

 

[11] Saxena A, Kumaraswamy A., Madhusudhan Reddy G., Madhu V, “Influence of welding consumables on tensile and impact properties of multi-pass SMAW Armox 500T steel joints vis-a-vis base metal ˮ, I Defence Technology, Vol. 14, pp.188-195, 2018.

 

[12] A. Emamian and A. H. Kowkabi., "Effects of fillerwire composition along with different pre- and post-heat treatment on mechanical properties of AISI 4130 welded by the GTAW process," Materials Sciences and Applications, vol. 1, 2010.

 

[13] Peishan Zhou, Bin Wang, Liang Wang, Yiwen Hu, and L. Zhou., "Effect of welding heat input on grain boundary evolution and toughness properties in CGHAZ of X90 pipeline steel," Materials Science & Engineering A, 2018.

[14] Y. Zheng, Y. Liu, Y. Song, J. Liu, L. Kong, Y. Liang, "Effect of Welding Heat Input on Microstructure and Softening Behavior of 5CrMoV Steel," Key Engineering Materials Vol. 735, pp.41-48, 2017.

[15] S.J. Alkemade, “The Weld Cracking Susceptibility of High Hardness Armour Steel ˮ, DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, 1996.

[16] Xia, M., Biro, E., Tian, Z. and Zhou, Y., 2008, "Effect of heat input and martensite on HAZsoftening in laser welding of dual phase steels," ISIJ International Journal, 48 (6) pp. 809-814.

 

[17] H ftening in laser welding of dual phase steels," ISIJ International Journal, 4Institute of Technology (KTH), Stockholm, 2002.

[18] Metals Handbook, “Weldingˮ, Vol.6, 9th edition, ASM international, 1991.

 

[19] AWS D17.1 - Specification for Fusion Welding for Aerospace Applications, 2010.

 

[20] M. Bala Chennaiaha, P.Nanda Kumarb, K.Prahlada Raoc. ,Influence of Heat Input and PWHT on the Microstructure and Mechanical Properties in Dissimilar (IS2062-EN8) Welded Joints, Procedia  Computer  Science    85 ( 2016 ) 54 – 61.

 

[21] G. Magudeeswaran , V. Balasubramanian, G. Madhusudhan Reddy, T.S. Balasubramanian, “Effect of Welding Processes and Consumables on Tensile and Impact Properties of High Strength Quenched and Tempered Steel Jointsˮ, Journal of Iron and Steel Research, Vol. 15 , pp. 87-94, 2008.

 

[22] A. Roshanghias, M. Barzegari M., A.H. Kokabi  and H. R. Madaah Hosseini,“Welding characteristics of Ultrahigh strength steel in annealed and quench-tempered conditionsˮ, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol.19, pp. 963-969, 2010.

 

[23] J. Neves and A. Loureiro., "Fracture toughness of welds—effect of brittle zones and strength mismatch," J. Material Process Technology, p. 6, 2004.

 

[24] T. Mohandas , G.M. Reddy, B.S. Kumar,“ Heat-affected zone softening in high-strength low-alloy steels ˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 88, pp.284–294, 1999.

[25] S. Kumar and S. K. Nath., "Effect of heat input on impact toughness in transition temperature region of weld CGHAZ of a HY 85 steel," Journal of Materials Processing Technology, vol. 236, p. 9, 2016.

[26] A.J.R. Loureiro, A.A. Fernandes, "Toughness of C. G. HAZs of welds in Q&T steels,"Weld. J. , VOL. 73, pp 225–235, 1994.