18998

۱۸۹۹۸

تاثير پارامترهاي جوشكاري اصطكاكي اختلاطي (FSW) بر ريزساختار، بافت و خواص مكانيكي قطعات جوش آلياژهاي نانوساختار Al – Sc توليد شده به روش نورد تجمعي (ARB)

دكتري تخصصي

مواد و متالورژي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۳/۰۱

دكتر مرتضي تميزي فر - دكتر سيدمحمد علي بوترابي

دكتر احسان برهاني

مواد و متالورژي

اخيرا روش¬هاي تغيير‌شكل پلاستيكي شديد مانند روش نورد تجمعي به منظور توليد مواد نانوساختار مورد توجه ويژه¬اي قرار گرفته¬اند. اما به دليل محدوديت شكلي و ابعادي ورق‌هاي نورد تجمعي شده و به منظور صنعتي سازي اين ورق¬ها، به ناچار بايد از روش¬هاي اتصال قطعات مانند جوشكاري اصطكاكي اختلاطي استفاده شود. از طرفي رشد قابل توجه دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط به دليل عدم وجود رسوبات يا حل¬شدن رسوبات با پايداري حرارتي پايين به عنوان يك معضل در جوشكاري آلياژهاي نانوساختار آلومينيم شناخته شده است. بنابراين رسوبات نقش مهمي در اندازه¬ي دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط و به تبع آن تاثير به سزايي بر خواص مكانيكي دارند. لذا يكي از اهداف اين پژوهش، بررسي تاثير پارامترهاي عمليات حرارتي پيرسازي بر رسوبات Al3Sc در آلياژهاي آلومينيم- اسكانديم بوده است، به¬طوريكه نقش رسوبات Al3Sc بر ريزساختار و خواص مكانيكي در فرآيند نورد تجمعي و جوشكاري مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين پارامترهاي جوشكاري و عمليات حرارتي بهينه¬سازي شده¬اند. بدين منظور ابتدا عمليات حرارتي پيرسازي در دماها و زمان¬هاي متفاوت بر نمونه¬ها اعمال شد و سپس فرآيند نورد تجمعي بر ورق¬هايي از آلياژ Al- 0.2 wt.%Sc صورت گرفت. بر اساس نتايج آناليز واريانس، پارامترهاي دماي پيرسازي با درصد تاثير 51/64% و زمان با درصد تاثير 29/19% پارامترهاي موثر بر خواص مكانيكي شناخته شدند. همچنين نتايج نشان داد كه كوچك¬ترين اندازه¬ي دانه-هاي به دست آمده در اين تحقيق مربوط به نمونه¬ي بهينه¬ي عمليات حرارتي و سپس نورد تجمعي شده است كه داراي رسوبات فراوان Al3Sc و با اندازه¬ي نانومتري هستند. تحت اين شرايط استحكام تسليم 52/6 برابر ماده¬ي اوليه و 84/1 برابر نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه حاوي مقادير بسيار كمي رسوبات Al3Sc بود شده است. چقرمگي در نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه داراي رسوبات با كسر حجمي فراوان Al3Sc و با اندازه¬ي نانومتري هستند تنها 11% نسبت به ماده¬ي اوليه كاهش يافته است، در حاليكه كاهش چقرمگي در نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه حاوي مقادير بسيار كمي رسوبات Al3Sc بود حدود 35% شده است. بنابراين رسوبات Al3Sc به عنوان عاملي براي تسريع در فرآيند ريزكردن دانه¬ها و افزايش خواص مكانيكي در نمونه¬هاي نورد تجمعي شده شناخته شدند. در ادامه ورق هاي نورد تجمعي بهينه¬شده تحت عمليات جوشكاري قرار گرفتند. آناليز نتايج با روش تاگوچي و آناليز واريانس نشان داد كه پارامتر سرعت دوراني ابزار موثرترين پارامتر بر خواص مكانيكي است. تحت شرايط جوشكاري بهينه، رسوبات Al3Sc تا حدود زيادي در منطقه¬ي اختلاط حفظ شد به¬طوريكه بالاترين مقادير سختي و استحكام تسليم در اين منطقه به دست آمد. همچنين رسوبات Al3Sc به عنوان رسوباتي با پايداري بالا در منطقه¬ي اختلاط، عامل موثر در بهبود خواص مكانيكي و مانع موثر در جلوگيري از رشد دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط معرفي شدند. به¬طوريكه استحكام تسليم و سختي در نمونه¬ي جوش بهينه¬شده به ترتيب 38/2 و 62/1 برابر نمونه¬ي آنيل محلولي - جوشكاري شده است. همچنين اندازه¬ي دانه¬ها در نمونه¬ي جوش بهينه¬شده كه حاوي رسوبات Al3Sc بود برابر nm 710 شد. در حاليكه اندازه¬ي دانه¬ها در نمونه¬ي آنيل شده و جوشكاري شده برابر nm 4300 شده است. از بين مكانيزم¬هاي محتمل براي تشكيل دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط، وقوع مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته به عنوان مكانيزم غالب در تشكيل دانه¬هاي هم محور در منطقه¬ي اختلاط به اثبات رسيد. ماده¬ي اوليه داراي بافت با مولفه¬ي ضعيف مكعبي <100> {001} بود. درحاليكه نمونه نورد تجمعي¬شده داراي بافت با مولفه¬هاي قوي مس <111> {112} و ضعيف S <634> {123} بود. از طرفي مولفه¬ي بافت برشي ساده B/B ̅ <110> {112} به عنوان مولفه¬ي اصلي در نمونه¬ي جوشكاري شده مشاهده شد. همچنين مولفه¬ي C <110> {001} نيز به مقدار كمي وجود داشت. يك ارتباط منطقي بين ريزساختار و بافت برقرار شد. به¬طوريكه غالب بودن مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته در تشكيل دانه¬هاي هم محور در منطقه¬ي اختلاط به واسطه¬ي وجود بافت مولفه¬هاي برشي و عدم وجود بافت مكعبي چرخش يافته در منطقه¬ي اختلاط اثبات شد.

1397/04/03

6/24/2018 12:00:00 AM

In this research, an ultrafine-grained (UFG) Al–0.2 wt% Sc sheet was fabricated by accumulative roll bonding and welded by applying friction stir welding (FSW) process. Additionally, welding process parameters were optimized using Taguchi optimization technique. Microstructural and textural characterizations were performed by scanning electron microscope equipped with electron backscattered diffraction. Analysis of variance and Taguchi results demonstrated that tool rotational speed had the highest statistical influence (P = 60.08%) on mechanical properties. Confirmation test as was performed to verify the optimum FSW parameters also showed that the error between the estimated value of the maximum hardness and its experimental value was 1.99%. As a result, FSW was demonstrated to be highly beneficial for the retention of the UFG microstructure as well as high mechanical properties in the ARB-processed specimen. The orientation distribution function (ODF) results were in good agreement with the generated strain during the FSW process. The microstructural and textural (ODF) results showed that a well-recrystallized equi-axed grain structure having a combination of the B and C simple-shear textures was finally developed in the stir zone of the optimized welding specimen.