COMBINATION OF COPPER INTERMEDIATE SX STEEL AND GR5 (Ti6Al4V) TITANIUM BY DIFFUSION WELDING METHOD

Abstract

GR5 (Ti6Al4V) is a material commonly used in aerospace and space, biomedical and automobile sectors, consisting of pure titanium at a minimum of 99% purity. Besides being lightweight, GR5 is separate from similar materials with its ability to resist corrosion at high levels and show high strength. SX steel is high silicon-content austenitic stainless steel with the ability of good quality of welding and excellent corrosion resistance in high concentration sulfuric acid and nitric acid. SX is used in areas such as acid coolers, acid piping systems, acid distributors, acid towers and tanks, pumps, nozzles, internals, strainers and mesh pads. With improving technology, the need for steel-titanium materials that are resisted to acid and made with welded joint is increasing. In this study, the effect of GR and SX materials of welding temperature on the connection is examined with diffusion welding method using copper intermediary layer. The material pairs are combined with a pressure of 5 MPa and a fixed welding time of 60 minutes in an argon gas environment in a silicon bar oven at the temperature of 980, 1000 and 1020°C. The SEM-EDS-AFM analysis of the combined samples is performed, the metallographic structure of the intermediary layer in the diffusion-affected region is examined by the optical microscope, and the possible phases are tried to be determined by the XRD analysis. The micro stiffness values of the connection area are analyzed.

Keywords

• GR5 (Ti6Al4V)
• SX Çeliği
• Difüzyon Kaynağı
• SX Steel
• Diffusion Welding
• Microhardness

References

1. [1] X.H. L¨u , Y.Q. Yang, X. Luo, B. Huang, Y.C. Li¨u, Y. “Chen, Experimental and theoretical study of diffusion bonding in fabricating Ti matrix composite”, Materials Science and Engineering, A 458. 2007. 202–209.
2. [2] U. Çaligülü, “Ti6Al4V alaşımının gümüş aratabaka kullanılarak difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliği”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, Yıl: 2016 Cilt: 7 Sayı: 3 Sayfa: 577 – 586.
3. [3] S. Çelik, I. Ay. & N. Otmanbölük, “Diffusion Bonding of Pure Copper and Aluminum in Argon Gas Atmosphere / Diffusionsfügen von Reinkupfer und Aluminium in Argonatmosphäre”. Practical Metallography, 34 (8), 417-429 1997. https://doi.org/10.1515/pm-1997-340807.
4. [4] M. Taskin, H. Dikbas, U. Caligulu, “Artificial neural network (ANN) approach to prediction of diffusion bonding behavior (shear strength) of Ni-Ti Alloys manufactured by powder metallurgy method”, Mathematical and Computational Applications, 13, No. 3, pp. 183–191, 2008.
5. [5] A.Y. El-Etre, M. Abdallah, Z.E. El-Tantawy, “Corrosion inhibition of some metals using law Sonia extract”, 2004, Corrosion Science, 47. 385–395.
6. [6] W.D. Callister, D.G. Rethwisch, “Materials Science and Engineering, 8nded” USA/Versailles 2009, pp. 397.
7. [7] N. F. Kazakov, An Outline of Diffusion Bonding in Vacuum, Diffusion Bonding of Materials, 1985, pp 10.
8. [8] T. Gietzelt, V. Toth, A. Huell, “Diffusion Bonding: Influence of Process Parameters and Material Microstructure”. 2016, pp 206.

9. [9] L. Kolaříka, J. Janovecb, M. Kolaříkováa, P. Nachtnebla, “Influence of Diffusion Welding Time on Homogenous Steel Joints”. 25th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, DAAAM, 2014.
10. [10] J.D. Whittenberger, J.T. Moore. 1977. “Temperature Flow Strength, Creep Resistance and Diffusion Welding Characteristics of Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo”. Nasa Technical Memorandum -73854. [Online]. Available: https://ntrs.nasa.gov/citations/19770012267
11. [11] H. Kejanlı, N. Katı, M.S. Keskin, “GR2-GR5 Titanyum Alaşımlarının Alüminyum Aratabaka Kullanılarak Difüzyon Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmesi”. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 8(4), 815-825, 2017.
12. [12] K. Tanrıöver, A. Taşçı, “Titanyum Alaşımlarının Isıl İşlemi”, Makine Magazin, 58. 1997.
13. [13] K. Aydın, M. Hıdıroğlu, Y. Kaya, N. Kahraman, “Titanyum ve Bakır Malzemelerin Difüzyon Kaynak Yöntemi İle Birleştirilebilirliğinin Araştırılması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28 (1), 15-26, 2012.
14. [14] E. Akca, A. Gursel, “The Importance of Interlayer’s in Diffusion Welding” - A review. Periodicals of Engineering and Natural Sciences, Vol. 3 No. 2, 2015.
15. [15] E. Akca, A. Gursel. “The Effect of Diffusion Welding Parameters on the Mechanical Properties of Titanium Alloy and Aluminum Couples”. Metals, 2017, 7, 22.
16. [16] M. Aydın, “Gözenekli Seramik Malzeme ile Paslanmaz Çeliğin Difüzyon Kaynak Yöntemiyle Birleştirilmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 23 (3), 595-599, 2008.
17. [17] E. Atasoy, “Titanyum ve Düşük Karbonlu Çelik Çiftinin Arabağlayıcı Kullanılarak Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilebilirliğinin Araştırılması”. Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metal Eğitimi Anabilim Dalında Bilim Uzmanlığı Tezi, 2007.
18. [18] S.V. Yadla, V. Sridevi, M.V.V.C. Lakshmi, S.P.K. Kumari, “A Review on Corrosion of Metals and Protection”. International Journal of Engineering Science & Advanced Technology. 2 (3), 637 – 644, 2012.
19. [19] D. C. Zipperian, Ph.D. “Metallographic Handbook”, 1nd ed., Chief Technical Officier PACE Technologies Tucson, Arizona USA, 2011, pp. 34, 168, 139.
20. [20] Y. Babayev, “Bir Kompresör Gövdesi İmalatının Toz Metalurjisi ve Difüzyon Kaynağı Yöntemleri Uygulanarak Optimizasyonu”, Dokuz Eylül Üniversitesi, Doktora Tezi. Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 2007.
21. [21] G. Tosun, “Östenitik (304) ve Ferritik (430) Paslanmaz Çeliklerin Bakır Aratabaka Kullanılarak Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilmesi”. Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Mühendislik Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 2022.
22. [22] A. Yıldız, “Titanyum ve Ferritik Paslanmaz Çelik Malzemelerin Nikel Arabağlayıcı Kullanılarak Difüzyon Kaynak Yöntemi ile Birleştirilebilirliğinin Araştırılması”. Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 2014
23. [23] O. Torun, İ. Çelikyürek. “Fe3Al ve Ti6Al4V Alaşımlarının Difüzyon Kaynağı. ”Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(3), 235-240, 2020.
24. [24] S. Kitapcı. “AISI 4340 ve AISI 316 L Çelik Çiftinin Difüzyon Kaynağı”. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 2020.
25. [25] İ. Kırık, A. İmak. “Ti6Al4V Titanyum Alaşımı ile AISI 304 Paslanmaz Çeliğinin Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilebilirliğinin İncelenmesi”. Technological Applied Sciences, 17(3), 46-53,2022.
26. [26] B. Gülenç. “Difüzyon Sert Lehimlemesi ile Titanyum ve Düşük Karbonlu Çelik Malzemelerin Birleştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi”. Makine Tasarım ve İmalat Dergisi, 5(1), 2003.
27. [27] M. Jafarian, A. Khodabandeh, S. Manafi. “Evaluation of Diffusion Welding of 6061 Aluminum and AZ31 Magnesium Alloys Without Using an Interlayer”. Materials & Design (1980-2015), 65, 160-164, 2015.