22115

بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي اتصال غيرهمجنس آلياژهاي آلومينيم 2024 به فولاد زنگ نزن 304 به روش جوشكاري همزدني اصطكاكي

كارشناسي ارشد

شناسايي، انتخاب و روش ساخت مواد مهندسي

1398-1399

1399/03/19

دكتر حميدرضا جعفريان - دكتر محمد تقي صالحي

دكتر نوكيون پارك (دانشگاه يئنگنام كره جنوبي)

مواد و متالورژي

اتصال غيرهمجنس آلومينيم به فولاد زنگ نزن داراي مشكلات و چالش‌هايي مثل تفاوت در خواص مواد است كه باعث شده اين اتصالات به روش جوشكاري ذوبي مشكلاتي از قبيل، ايجاد عيوب، عدم اتصال مناسب و تشكيل تركيبات فلزي ترد را ايجاد كند. فرايند جوشكاري هم‌زدني اصطكاكي (FSW ) اين مشكلات را تا حدودي حل كرده است. در اين پژوهش، اتصال غيرهمجنس آلياژهاي Al2024 و فولاد زنگ نزن آستنيتي 304 با استفاده از FSW انجام و تأثير پارامترهاي جوشكاري (سرعت چرخشي و پيشروي ابزار و آفست ابزار) بر ريزساختار و خواص مكانيكي اتصالات و همچنين تأثير عمليات حرارتي آنيل بر خواص بهترين اتصال مورد بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به آناليز EDS براي بررسي ريزساختار اتصالات استفاده شد. آزمايش كشش و ريزسختي سنجي براي بررسي خواص مكانيكي اتصالات انجام شد. تركيبات بين فلزي AlFe2Cr، Al3Fe، Al2Fe و Al13Fe4 در منطقه جوشكاري با استفاده از آزمون XRD شناسايي شد. بهترين فصل‌مشترك با طبيعت دندانه‌دار و قفل مكانيكي آلياژهاي غير هم‌جنس در محل اتصال در آفست‌ابزار صفر ميلي‌متر (لبه پايين پين مماس بر سمت فولادي) به دست آمد. بهترين استحكام اتصال در پارامترهاي سرعت چرخشي ابزار rpm 750، سرعت پيشروي ابزار mm/min 65 و آفست ابزار mm0 با مقدار MPa163 و با راندمان تقريباً 80 درصد نسبت به استحكام كششي فلز پايه Al2024 به دست آمد. بيشترين سختي در بهترين اتصال (نمونه 2) در منطقه SZ با ميانگين HV455 مشاهده شد. بعد از عمليات حرارتي آنيل روي بهترين نمونه، استحكام كششي به مقدار جزئي افزايش و MPa 169 به دست آمد و همين‌طور درصد ازدياد طول كاهش يافت. در منحني تنش-كرنش اتصالات به علت تأثير پديده پيركرنشي ديناميكي رفتار دندانه‌دار مشاهده شد (اثر پورتوين- لوشاتليه). در بعضي از اتصالات عيوبي از قبيل ريزترك‌ها و حفره‌ها مشاهده شد. تركيبات بين‌ فلزي ايجاد شده و ذرات فولادي توزيع شده در زمينه آلومينيم به‌عنوان عوامل اصلي شكست عمل كردند. و همچنين شكست نمونه‌هاي آزمايش كشش از نواحي SZ، HAZ سمت آلومينيم و فصل‌مشترك اتصالات اتفاق افتاد.

1399/04/10

On the microstructure and mechanical properties of dissimilar joint of Al2024/SS304 by friction stir welding (FSW)

6/10/2021 12:00:00 AM

It is well-known that dissimilar joint of aluminum alloys to stainless steelsis challengable due to differences in material properties. The FSW process has partially solved the problem. In this study, the dissimilar joint of Al2024 and stainless steel 304 was performed using friction welding (FSW) and the effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of joints are studied. In addition, the effect of annealing heat treatment on the properties of optimised joint were investigated. In this study, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with EDS analysis were used to examine the microstructure of the joints. tensile and microhardness testing were performed to investigate the mechanical properties of the joints. The presence of intermetallic compounds AlFe2Cr, Al3Fe, Al2Fe and Al13Fe4 in the welding area was detected using XRD. The best interface was shared with the toothed nature and mechanical locking of dissimilar alloys at the joint at the zero millimeter offset (the lower edge of the tangent pin on the steel side). The best tensile strengths were obtained at tool rotational speed 750 rpm, tool welding speed 65 mm/min and tool offset 0 mm with 163 MPa and approximately 80% efficiency compared to Al2024 base metal tensile strength. The highest hardness in the optimized joint (sample 2) was observed in the SZ area with an average of 455 HV. After the Aneal treatment on the optimal joint (sample 2), the tensile strength increased slightly and 169 MPa was obtained, and also the elongation decreased. The stress-strain curve of the joints was observed due to the effect of dynamic aging strain phenomenon, known as Portuin-Lochatelian effect. Defects such as micro-cracks and cavities were observed in the some joints. The intermetallic compounds formed and the steel particles distributed in the aluminum matrix acted as the main failure factors, as well as the SZ, HAZ areas on the aluminum side and the joint interface as the fracture regions of the tensile test specimens.