28636

تاثير عمليات سطحي به هم زدن اصطكاكي بر اصلاح ساختار درشت دانه سطحي پس از اكستروژن داغ آلياژ AZ31

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- شكل دادن فلزات و مواد

1399

1402/3/7

عليرضا ايواني

حميدرضا جعفريان

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

حضور دانه‌هاي درشت سطحي در ريزساختار آلياژهاي منيزيم به خصوص آلياژهاي اكسترود شده يكي از علل افت خواص مكانيكي در اين ساختارها محسوب مي‌شود. هدف از اين پژوهش دستيابي به ريزساختاري همگن و اصلاح ساختار سطحي اين آلياژ با استفاده از فرايند هم‌زدن اصطكاكي (FSP) مي‌باشد. استفاده از پروب يا پين در فرايندهاي هم‌زدن اصطكاكي منجر به ايجاد عيوبي نظير سوراخ كليد (keyhole) و قلاب (hooking) مي‌شود لذا مي‌تواند باعث شكست و كاهش استحكام مناطق پردازش شده گردد. همچنين استفاده از ابزارهاي پين دار منجر به تمركز تنش روي نقطه اتصال پين و شانه شده كه در طولاني مدت سبب كاهش عمر كاري ابزار مي‌شود. لازم به ذكر است كه استفاده از ابزارهاي بدون پين با سطح شانه شياردار بيشترين ميزان چقرمگي شكست را حين پردازش براي نمونه‌ها فراهم مي‌كند. در اين بررسي فرايند هم‌زدن اصطكاكي با استفاده از شش ابزار بدون پين، با هندسه سطح شانه متفاوت بر روي ميله اكسترود شده از جنس آلياژ منيزيم AZ31 انجام گرفت. به منظور بررسي تاثير هندسه شانه، ابزارها در قطرهاي مختلف 12، 15 و 22 ميلي‌متري در دو حالت ساده و شياردار طراحي و برش داده شدند. سرعت حركت چرخشي و سرعت حركت عبوري ابزار به ترتيب برابر با 90orpm و 70mm/min درنظرگرفته شد. ميزان زاويه انحرافي ابزار نيز، 3 درجه بود. پس از فرايند با استفاده از آزمون‌هاي متالوگرافي، ريزسختي ‌سنجي، آزمون كشش و شكست‌نگاري تاثير هندسه ابزار بر خواص متالورژيكي و مكانيكي بررسي شد. طبق نتايج مشخص شد كه كاهش قطر شانه ابزار و استفاده از هندسه سطح شياردار مي‌تواند منجر به همگن شدن و كاهش اندازه متوسط دانه‌هاي در سطح نمونه‌هاي پردازش شده گردد كه متعاقباً منجر به افزايش ريزسختي نسبت به نمونه اوليه مي‌شود. همچنين با افزايش قطر شانه ابزار به علت بهبود كيفيت ناحيه هم‌زني، بهبود خواص مكانيكي را شاهد بوديم؛ به‌طوريكه براي نمونه‌هايي كه با استفاده از ابزار با قطر شانه 22 ميلي‌متر پردازش شده بودند ميزان استحكام نهايي به 242/7 و 248/81 مگاپاسكال به ترتيب براي ابزار ساده و شياردار رسيد.

1402/04/20

Application of friction stir surface treatment for modification of peripheral coarse grain structure and mechanical properties of AZ31 Mg alloy

5/27/2024 12:00:00 AM

The presence of peripheral coarse grains (PCG) in the microstructure of magnesium alloys, especially extruded alloys, is considered one of the causes of decreased mechanical properties in these structures. The aim of this research is to achieve a homogeneous microstructure and improve the surface structure of these alloys using the Friction Stir Processing (FSP). The use of a probe or pin in friction stir processing can result in defects such as keyhole and hooking, which can cause failure and decreased strength in processed areas. Additionally, the use of pin tools can result in stress concentration at the pin and shoulder connection point, which can reduce the tool's lifespan over time. It should be noted that the use of pinless tools with a grooved shoulder surface provides the highest fracture toughness during processing for the samples. In this study, the friction stir processing was performed using six pinless tools with different shoulder surface geometries on extruded AZ31 magnesium alloy rods. To investigate the effect of shoulder geometry, tools with different diameters of 12, 15, and 22 mm were designed and cut in both simple and grooved forms. The rotational speed and traverse speed of the tool were set at 900 rpm and 70 mm/min, respectively. The tool tilt angle was also set to 3 degrees. After the process, the effect of the tool geometry on the metallurgical and mechanical properties was investigated using metallography tests, microhardness testing, tensile testing, and fracture testing. According to the results, it was found that reducing the diameter of the tool and using grooved tool geometry can lead to homogenization and reduction of the average grain size a-Mg in the processed samples, which in turn increases the microhardness compared to the primary sample. The relationship between grain size and microhardness showed an inverse relationship with mechanical properties such as yield strength, tensile strength, and elongation. In other words, with the increase in the tool diameter due to improved quality of the processing area, we saw an improvement in mechanical properties. For samples processed with a 22 mm diameter tool, the final strength reached 242.7 and 248.81 MPa, respectively, for the simple and grooved tools.

عمليات به‌هم‌زدن اصطكاكي , ساختار درشت دانه سطحي , آلياژ منيزيم , AZ31 , خواص مكانيكي

Friction Stir Proccesing , Peripheral Coarse Grain , Mg alloy , AZ31 , mechanical properties

Hediye Najafian

Dr. Alireza Ivani