Experimental investigation on mechanical properties of Post Weld Heat-Treated Inconel 718/316L dissimilar weldments

சுருக்கம் :

நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள் மற்றும் ஆஸ்டெனிட்டிக் ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல்களுக்கிடையிலான வேறுபட்ட வெல்டிங் (Dissimilar Welding) அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அதிக இயந்திர சுமை நிலைகளில் செயல்படும் மேம்பட்ட பொறியியல் அமைப்புகளை உருவாக்குவதில் மிகவும் முக்கியமானதாகும். இந்த ஆய்வில் Inconel 718 மற்றும் AISI 316L ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல் ஆகியவற்றை தொடர்ந்து மின்சாரம் (continuous current) பயன்படுத்தும் டங்ஸ்டன் இனர்ட் கேஸ் (Tungsten Inert Gas) வெல்டிங் முறையின் மூலம் ERNiCrMo-4 என்ற நிரப்பு உலோகம் உதவியுடன் வெல்ட் செய்யப்பட்டது. வெல்டிங் செய்யப்பட்ட இணைப்பின் இயந்திர பண்புகளின் மீது போஸ்ட் வெல்ட் ஹீட் ட்ரீட்மெண்ட் (Post Weld Heat Treatment, PWHT) ஏற்படுத்தும் தாக்கம் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. PWHT செயல்முறையில் மாதிரிகள் 450 ℃, 650 ℃ மற்றும் 850 ℃ வெப்பநிலைகளில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட உலைவில் 2 மணி நேரம் சூடாக்கப்பட்டு, அதன் பின்னர் காற்றில் குளிர்விக்கச் செய்யப்பட்டன. அடிப்படை உலோகம் (Base Metal), வெப்பத்தால் பாதிக்கப்பட்ட பகுதி (Heat Affected Zone, HAZ) மற்றும் இணைப்பு பகுதி (Fusion Zone, FZ) ஆகிய பகுதிகளில் மைக்ரோஹார்ட்னஸ் மாற்றங்கள் மற்றும் ASTM தரநிலைகளுக்கு ஏற்ப அறை வெப்பநிலையில் டென்சைல் ப்ராபர்ட்டீஸ் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. வெல்டிங் செய்யப்பட்ட இணைப்பில் ஃப்யூஷன் சோன் பகுதியில் சுமார் 220 HV என்ற அதிகபட்ச கடினத்தன்மை காணப்பட்டது; மேலும் மிகவும் குறைந்த 9.6% டக்டிலிட்டி பதிவாகியது. 650 ℃ இல் PWHT மேற்கொள்ளப்பட்டபோது Inconel 718 இல் பிரெசிபிடேஷன் ஸ்ட்ரெங்க்தனிங் ஏற்படுவதால் ஃப்யூஷன் சோன் சுமார் 23% அதிக கடினத்தன்மை பெற்றது. ஆனால் 850 ℃ இல் ஓவர்-ஏஜிங் மற்றும் கட்டமைப்பு துகள்களின் (Phases) பெரிதாக்கம் காரணமாக சாப்டனிங் ஏற்பட்டது. மேற்கண்ட மாற்றங்களால் டக்டிலிட்டி குறைந்தாலும், 850 ℃ PWHT செய்யப்பட்ட மாதிரி 416 MPa என்ற அதிகபட்ச டென்சைல் ஸ்ட்ரெங்க்த் மற்றும் 37.8% எலாங்‌கேஷன் பெற்றது. இது வெல்டிங் செய்யப்பட்ட நிலையை விட 300%-க்கும் அதிகமான மேம்பாட்டை காட்டுகிறது.

Abstract:

Dissimilar welding of nickel-based superalloys with austenitic stainless steels is crucial for the development of advanced engineering systems operating under extreme temperature and mechanical load conditions. This study reports the welding of Inconel 718 to AISI 316L stainless steel by means of continuous current Tungsten Inert Gas (TIG) welding and ERNiCrMo-4 as the filler metal. The influence of post-weld heat treatment (PWHT) on the mechanical properties of the joint has been investigated. PWHT was conducted by heating the samples to 450◦C, 650◦C, and 850◦C for 2 h in a controlled furnace and then cooling them in the air. We examined the microhardness changes in the base metal, heat-affected zone, and fusion zone (FZ), and also the tensile properties at room temperature according to ASTM standards. The welded joint had a peak FZ hardness of nearly 220 HV and a very low ductility of 9.6%. The FZ was about 23% harder due to the strengthening of Inconel 718 by precipitation after PWHT at 650◦C, but softening occurred at 850◦C due to over-aging and coarser phases. Although the ductility dropped as a result of the above, the material after PWHT at 850◦C exhibited the highest tensile strength (416 MPa) and elongation (37.8%), which are more than 300% higher than the welded state.