بهبود قابلیت تحمل بار در موضع اتصال آلومینیوم 1100 توسط سنتز درجای Al-Cr در حین فرایند FSSW

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

سعید مطلبی فشارکی ¹ (دانشجو)
مسعود مصلایی پور ² (استادیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد)
علیرضا مشرقی ³ (دانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد)
سید صادق قاسمی ⁴ (دانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد)

تاریخ دریافت : 1395/03/13 تاریخ پذیرش : 1398/05/15 تاریخ انتشار : 1398/10/01

کلید واژه: "جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای", "سنتز درجا", "ترکیب بین فلزی", "کروم", "ریزسختی",

چکیده مقاله :

برای بهبود استحکام اتصال نقطه‌ای صفحات آلومینیومی از سنتز درجای آلومینیوم و کروم (Al/Cr) در موضع اتصال استفاده شد. بدین منظور مقدار gr 0.03پودر Cr با اندازه ذرات µm10 به موضع اتصال نقطه‌ای آلومینومی افزوده و تحت فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای (FSSW) واقع شد. بررسی‌های ریزساختاری، تشکیل ترکیبات بین فلزی و خواص مکانیکی نمونه‌ها به ترتیب توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی به همراه آنالیز خطی و نقطه‌ای EDS و آزمون‌های کشش و ریزسختی سنجی انجام شد. توسط بررسی‌ آنالیز شیمیایی نقطه‌ای و خطی موضع اتصال نشان داد که سرعت چرخشی لازم برای تشکیل ترکیبات بین فلزی Al و Cr حین فرایند FSSW، rpm 2500 می‌باشد که با تأمین حرارت لازم برای سنتز، موجب تشکیل ترکیبات بین فلزی(Al13Cr2) غنی از Al و Cr در موضع اتصال شد. مقدار سختی در مرکز اتصال برای نمونه بدون پودر Cr و نمونه تقویت شده با پودر Cr به ترتیب HV5±60 و HV 5±140 و استحکام بیشینه برای این دو نمونه به ترتیب MPa 5±40 و MPa 10±130 حاصل شد که این افزایش سختی و استحکام مذکور ناشی از تشکیل رسوبات غنی از Al و Cr در موضع اتصال بود.

چکیده انگلیسی:

In-situ synthesizing of Al/Cr was carried out to improve the strength of spot joining of Al plates. For this purpose, 0.03gr Cr powder with 10 μm particle size was inserted in the spot joining zone and the assembly was subjected to the Friction Stir Spot Welding Process (FSSW). Microstructure, formation of intermetallic compounds and mechanical properties of samples were investigated by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy with spot and line EDS, tensile and microhardness measurements. Spot and line scan chemical analysis (Spot-EDS and Line-EDS) of joining area indicated that minimal tool rotation speed for formation of Al-Cr intermetallic compounds (Al13Cr2) is around 2500 rpm. Formation of Al-Cr rich intermetallic compounds in the joining area increased the hardness of joining zone more than two times of hardness of join without this components (140±5 HV and 60±5 HV). Furthermore, in-situ synthesis joining increase ultimate tensile strength of the joint from 40±5 Mpa to 130±10 Mpa

منابع و مأخذ:

 

[1]     Ozdemir, S. Ahrens, S. Mucklich & B. Wielage, “Nanocrystalline Al–Al2O3p and SiCp composites produced by high-energy ball milling”, J. Mater. Process. Technol, Vol. 205, pp. 111-118, 2008.

 

[2]       ک. امینی، ف. غروی، ا. پرچمی، م. امیرخانی و ح. قاسمی، "بررسی رفتار خوردگی مقطع جوشکاری شده آلیاژ آلومینیوم به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هشتم، شماره چهارم، زمستان 1393.

 

[3]     Q. Zhang, B. L. Xiao & Z. Y. Ma, “In situ formation of various intermetallic particles in AleTieX (Cu, Mg) systems during friction stir processing”, Intermetallic, Vol. 40, pp. 36-44, 2013.

 

[4]       م. صادقی گوغری، م. کثیری و ک. امینی، "بررسی نسبت سرعت دوران به پیشروی ابزار در جوشکاری هم‌زن اصطکاکی اتصال غیر هم جنس آلیاژ آلومینیوم 5083 به تیتانیوم خالص تجاری"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره سوم، پاییز1394.

 

[5]     A. L. Bozzi, T. Baudin, V. Klosek, J. G. Kerbiguet & B. Criqui, “Influence of FSSW parameters on fracture mechanisms of 5182 aluminum welds”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, pp. 1429–1435, 2010.

 

[6]     M. Merzoug, M. Mazari, L. Berrahal & A. Imad, “Parametric studies of the process of friction spot stir welding of aluminum 6060-T5 alloys”, Materials and Design, Vol. 31, pp. 3023–3028, 2010.

 

[7]     M. D. Tier, T. S. Rosendo, J. F. dos Santosb, N. Huber, J. A. Mazzaferro, C. P. Mazzaferro & T. R. Strohaecker, “The influence of refill FSSW parameters on the microstructure and shear strength of 5042 aluminium welds”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, pp. 997– 1005, 2013.

 

[8]     C. D. Allen & J. A Arbegast, “Evaluation of Friction Spot Welding in Aluminium Alloys”, Paper 2005-01-1252, 2005 SAE World Congress (Detroit, MI), Society of Automotive Engineerings, 2005.

 

[9]     Sh. Shahsavar fard, J. Vahdati Khaki & M. Haddad Sabzevar, “Increasing the strength of the weld zones by in situ synthesis of hard phases of Al-Ni binary system during the FSSW process”,Iran International Aluminum Conference (IIAC2014) Tehran, I.R. Iran, May 25-26, 2014.

 

[10] S. R. Anvari, F. Karimzadeh & M. H. Enayati, “A novel route for development of Al–Cr–O surface nano-composite by friction stir processing”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 562, pp. 48–55, 2013.

 

[11] R. S. Mishra & M. W. Mahoney, “Friction stir processing: A new grain refinement technique to achieve high strain rate super plasticity in commercial alloysˮ, Mater. Sci. Forum, Vol. 357–359, pp. 507-512, 2001.

 

[12] A. R. Shirani Bidabadi, M. H. Enayati, E. Dastanpoor, R. A. Varin & M. Biglari, “Nanocrystalline intermetallic compounds in the Al–Cr system synthesized by mechanical alloying and their thermodynamic analysis”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 581, pp. 91–100, 2013.

 

[13] M. Dunlap 7 J. E. Adaskaveg, “Introduction to the scanning electron microscope, theory, practice & proceduresˮ, Facility for Advanced Instrumentation, U. C. Davis, 1997.

 

[14] R. Pretorius, T. K. Marias & C. C. Theron, “Thin film compound phase formation sequence: An effective heat of formation model”, Materials Science Engineering, Vol. 10, pp. 1-83, 1993.

 

[15] R. S. Mishra & Z. Y. Ma, “Friction stir welding and processingˮ, Materials Science and Engineering R, Vol. 50, pp. 1-78, 2005.

 

[16] Li & X. Zhang. “Thermodynamic analysis of the simple microstructure of Al Cr Fe Ni Cu high-entropy alloy with multi-principal elements”, Acta Metall. Sin (Engl. Lett.), Vol. 22 No. 3, pp. 219-224, 2009.

 

ا. عبدالله زاده، ع. شکوه‌فر، ح. امیدوار، م. صفرخانیان و م. نادری، "[17]بررسی تاثیر افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم بر خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ31 جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی"،فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره چهارم، زمستان 1395.