Bonding of AISI 316 L Stainless Steel and Fe60Al40 Intermetallic Compound with Friction Welding Process

Abstract

In this study, the bonding of AISI 316L stainless steel and FeAl based intermetallic compound with friction welding was investigated. The FeAl intermetallic compound was produced in a vacuum arc melting furnace, while AISI 316L stainless steel was supplied from the market. The friction welding process was carried out at a friction speed of 1000 rpm, under a friction pressure of 150 MPa, for friction times of 6, 9 and 12 seconds. The strength of the welding interface was measured by shear test. The highest strength value was found to be as 281 MPa in the sample welded for 12 seconds. The hardness deviation in the welding zone was determined by micro hardness measurement from one material to another one. The welding interface was examined by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the composition analysis along a line in the welding region showed that the amount of alloying elements changed. This revealed that the elements of both materials are diffused each other at the welding interface.

Keywords

• FeAl based intermetallics; friction welding; shear strength; hardness

AISI 316 L Paslanmaz Çelik ile Fe60Al40 Metaller arası Bileşiğin Sürtünme Kaynağı ile Birleştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada AISI 316L paslanmaz çelik ile FeAl esaslı metaller arası bileşiğin sürtünme kaynağı ile birleştirilebilirliği araştırılmıştır. FeAl metaller arası bileşiği vakumlu ark ergitme ocağında üretilmiş, AISI 316L paslanmaz çeliği ise piyasadan temin edilmiştir. Sürtünme kaynağı işlemi 1000d/d sürtünme hızında, 150MPa sürtünme basıncı altında, 6, 9 ve 12sn sürtünme sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Kaynak arayüzeyinin mukavemeti kesme testi ile ölçülmüştür. En yüksek mukavemet değeri 12sn süreyle kaynatılan numunede 281MPa olarak bulunmuştur. Kaynak bölgesindeki sertlik değişimi bir malzemeden diğerine kadar mikrosertlik ölçümüyle belirlenmiştir. Kaynak arayüzeyi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiş, kaynak bölgesinde bir hat boyunca yapılan bileşim analizinde alaşım elementlerinin miktarlarının değiştiği görülmüştür. Bu ise kaynak arayüzeyinde her iki malzemeyi oluşturan elementlerin difüze olduğunu açığa çıkarmıştır.  

Keywords

• FeAl esaslı metaller arası bileşikler,sürtünme kaynağı,kesme mukavemeti,sertlik

References

1. [1] Liu C.T., Stiegler J.O., “Metals Handbook”, 10. ed., 2, Ohio, USA, 913-942.
2. [2] Çelikyürek İ., “Demir Aluminatların Borlanması ve Aşınma Özelliklerinin Belirlenmesi”, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Ens. Doktora tezi, 2007.
3. [3]. Liu C.T., Kumar K.S., “Ordered Intermetallic Alloys I. Nickel and Iron Aluminides”, J. O. M., 1993, 38.
4. [4] Froes F.H., Suryanarayana C., Eliezer D., “Synthesizing process and modeling advanced materials”, J. Mat. Sci., 1992, 27, 5113.
5. [5] Santella ML. In: Deeevi SC, Sikka VS, Maziasz PJ, Cahn RW, editors. “Proceedings of materials Week’96 on nickel and iron aluminides: processing, properties, and applications”, Ohio, 7-9 October 1996. USA: ASM International; 1997. 321-335.
6. [6] David S.A., Zacharia David S.A, Zacharia T., “Weldability of Fe3Al-type aluminide”, T.Weld J 1993, 72(5), 201-207.
7. [7] Chiang C.C., Wang S.H., Chen J.S., Chu J.P., Hsu Y.F., “Bending embrittlement of as-welded FeAl alloys”, Intermetallics, 2007, 15, 564-570.
8. [8] Ma H , L,Y., Gerasimov S.A., Wang J.,Sun W., “Investigation o f t ransformation models of B 2 → DO3 ordered structures for Fe3Al intermetallic under welding condition”, Mater Lett., 2008, 62, 1953-1960.

9. [9] Kratochvil P., Neumann H., “Welds of Fe3Al-type alloy with hardened structure”, Intermetallics, 2009, 17, 378-380.
10. [10] Torun O, Çelikyürek İ, Baksan B., “17-4 PH Paslanmaz Çelik ve Al 7075 Alaşımının Sürtünme Kaynağı”, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2017, 4(2), 201-208.
11. [11] Torun O., “Saf Bakır ve Magnezyum alaşımının Sürtünme Kaynağı”, Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2019, 27(2), 110-115.
12. [12] Lee W.B., Kim Y.J., Jung S.B., “Effects of copper insert layer on the properties of friction welded joints between TiAl and AISI 4140 structural steel”, 2004. Intermetallics, 12, 671-680.
13. [13] Sketchley P.D., Threadgill P.L., Wright I.G., “Rotary friction welding of an Fe3Al based ODS alloy”, 2002, Mater Sci Eng., A329-331, 756-762.
14. [14] Karabulut A., Tasgetiren S., “Continuously Driven Friction Welding Machine”, 2004, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3, 38-46.
15. [15] Torun O., Gurler R., Baksan B., Celikyurek İ., “Diffusion bonding of iron aluminide Fe72Al28 using a pure iron interlayer”, 2005, Intermetallics, 13, 801-804.
16. [16] Torun O., Çelikyürek İ., Gürler R., “Diffusion bonding of iron aluminide Fe72Al28 using a copper interlayer”, 2008, Materials Characterization, 59(7), 853-856.
17. [17] Torun O., Çelikyürek İ., “Diffusion bonding of nickel aluminide Ni75Al25 using a pure nickel interlayer”, 2008, Intermetallics, 16(3), 406-409.
18. [18] Torun O., Çelikyürek İ., “Microstructure and strength of diffusion bonded joint between nickelaluminide Ni75Al25 and AISI 316 L stainless steel using a nickelinterlayer”, 2009, Kovove Materialy-Metallic Materials, 47(4), 263-267.
19. [19] Torun O., Çelikyürek İ., Baksan B., “Ni75Al25 alaşımı ve 316 L paslanmaz çeliğin bakır ara tabaka kullanılarak difüzyon kaynağı”, 2019, El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(3), 517-524.
20. [20] Torun O., “Bakır/Gümüş Ara Tabaka Kullanılarak Difüzyon Kaynağıyla Birleştirilmiş AZ91 ve Al 2024 Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri”, 2018, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 5(2), 467 – 474.