22205

بررسي ريزساختار، خواص مكانيكي و الكتريكي اتصال غيرهم‌جنس آلياژ Al2024 به مس خالص به روش جوشكاري هم‌زدني اصطكاكي(FSW)

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399/4/7

دكتر سيد حسين سيدين - دكتر حميد رضا جعفريان

دكتر عليرضا ايواني

مواد و متالورژي

جوشكاري هم‌زدني اصطكاكي Al-Cu هنوز يك كار چالش برانگيز در صنايع مختلف است. جوشكاري بدون عيب فلزاتي با رسانايي حرارتي بالا مانند مس دشوار است. در اين تحقيق براي ايجاد اتصالات با خواص كششي و الكتريكي بهتر به ‌صورت هم‌زمان، از روش بهينه كردن پارامترهاي فرايند FSW استفاده شده است. براي انجام آزمايش‌ها و گسترش مدل رياضي رگرسيون به وسيله‌ نرم‌افزار Design Expert-V10، از روش سطح پاسخ چندگانه بر اساس CCD با دو پارامتر FSW (سرعت چرخش و پيشروي ابزار)، پنج سطح و 12 آزمايش استفاده شده است. آناليزهاي واريانس علاوه بر تأييد اعتبار مدل‌هاي پيش‌بيني‌شده نشان مي‌دهند كه برهم‌كنش دو پارامتر باهم بيش‌ترين تأثير را بر خواص موردنظر دارد. با بررسي‌هاي ريزساختاري تركيبات بين فلزي AlCu، Al2Cu و Al4Cu شناسايي شدند. ميزان اين تركيبات بين‌فلزي در اتصالات با بيشتر شدن نسبت سرعت چرخش به سرعت پيشروي ابزار (W/V) افزايش يافت. بيشترين عيوب جوشكاري در اتصالات با W/V بالا و پايين ايجاد شد كه باعث افت خواص كششي و افزايش مقاومت الكتريكي اتصالات بودند. طبق مدل‌هاي گسترش‌يافته، تركيب پارامترهاي سرعت چرخش rpm950 و سرعت پيشروي mm/min 85 منجر به اتصالي مناسب، با خواص كششي بالا و مقاومت الكتريكي پايين به‌صورت هم‌زمان شده است. مقايسه‌ نتيجه‌ آزمايش انجام‌ شده در نقطه بهينه با نتيجه پيش‌بيني ‌شده نرم‌افزار براي نقطه بهينه ‌با درصد اطمينان 7/90 % مطابقت داشته و نشان از اعتبار بالاي مدل فيت شده براي آزمايش‌هاي صورت گرفته است. استحكام كششي و درصد ازدياد طول نسبي اتصال بهينه به ترتيب 66% و 19/6% فلز پايه‌ آلومينيوم 2024 به دست آمد. بازده الكتريكي اتصال بهينه 88% محاسبه شد. سختي اتصالات در تركيب پارامترهاي W/V بالا، متوسط و پايين بررسي شد. سرانجام استفاده از فويل روي به ‌عنوان ‌لايه‌ مياني باعث افزايش خواص كششي اتصالات شد.

1399/06/10

Investigation of microstructure, mechanical and electrical properties of FSWed dissimilar joints of Al2024 to pure commercial copper

6/27/2020 12:00:00 AM

Al-Cu friction stir welding has not yet been sufficiently developed and used. Because for metals with high thermal conductivity, such as copper, it is difficult to obtain a weld without defects. In this study, FSW process parameters optimization method have been used to achieve high quality joints with better tensile and electrical properties simultaneously.To perform the experiments and to expand the mathematical model of regression by Design Expert software, the CCD multiple response method was used with consideration of two FSW parameters (tool rotation speed and tool transverse speed), five levels and twelve runs. Besides validating the predicted models, variance analyzes show that the interaction of the two parameters together has the greatest effect on the desired properties. Microstructure analysis revealed that the compound of AlCu, Al2Cu, and Al4Cu were observed in cross section of the joints, and the amount of these intermetallics increased with increasing the ratio of tool rotational speed to tool transverse speed (W/V). The most common welding defects were detected in joints with high and low W/V, which reduced the tensile properties and increased the electrical resistance of the joints. Based on expanded models, the combination of 950 rpm and 85mm/min parameters led to proper joints, with high tensile strength and high elongation as well as low electrical resistance simultaneously. Comparison of the test result performed at the optimum point with the predicted result of the software for the optimum point, corresponded to 90.7% confidence and showed the high validity of the fit model for the experiments. The tensile strength and the elongation of optimum joint were 65% and 6.19% of 2024 aluminum base metal, respectively. Also electrical efficiency of optimum joint was 88%. The hardness of the joints was investigated in the ratio of high, medium and low W/V parameters. Finally the use of Zn foil as an interlayer increased the tensile properties of Al2024 to pure copper.