17872

17872

تحليل تجربي تأثير نانوذرات تقويت كننده بر جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي نقطه اي آلومينيم

كارشناسي ارشد

سازه و بدنه

مرداد 1396

دكتر ابوالفضل خلخالي

خودرو

در اين پايان¬نامه، با استفاده از يك روش پيشنهادي جديد، با هدف بهبود ويژگي¬هاي جوش، در محل جوش اصطكاكي اغتشاشي نقطه¬اي نانوذرات SiC اضافه شده است. ورق¬هاي جوش داده شده از جنس آلومينيم 6061-T6 به ضخامت 3ميلي¬متر و نانو ذرات تقويت¬كننده در ابعاد 45 تا 65 نانومتر هستند. با استفاده از روش تاگوچي طراحي آزمايش¬ها، آناليز حساسيت و بهينه¬سازي استحكام نهايي اتصال انجام شده است. در اين راستا مقدار نانوپودر، سرعت دوراني ابزار و زمان جوشكاري به عنوان متغير ورودي و استحكام نهايي اتصال به عنوان متغير خروجي در نظر گرفته شده است. در ادامه نمونه¬ي بهينه¬ي پيشنهادي روش تاگوچي ساخته شد و نتايج آن با نتايج پيش¬بيني شده توسط تاگوچي تأييد گشت. سپس با مطالعه بر روي چهار نمونه از نمونه هاي جدول آزمايش¬ها، تأثير اضافه نمودن نانوذرات تقويت-كننده¬ در استحكام نهايي، ريز سختي و اندازه¬ي دانه¬ها بررسي شد. نمونه¬هاي مورد بررسي شامل اين نمونه¬ها بود: بهترين و بدترين نمونه¬هاي جدول آزمايش¬ها، نمونه¬ي بهينه¬ي پيشنهادي تاگوچي و نمونه¬ي معادل آن كه بدون افزودن پودر ساخته شد. با بررسي رفتار نمونه ها هنگام تست كشش و با تحليل نمودار نيرو-جابجايي آن و همچنين مشاهده سطح شكست، مود شكست هر يك از نمونه¬هاي آزمايش شده تشخيص داده شد. با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ نوري (OM) و ميكروسكوپ اسكن الكتروني (FESEM) ريزساختار مقطع جوش ارزيابي شد. اندازه¬ي دانه¬ها، وسعت ناحيه¬ي نانوكامپوزيتي و پراكندگي نانوذرات تقويت¬كننده در نمونه¬هاي مختلف بررسي شد كه نتايج به دست آمده ويژگي¬هاي مكانيكي اتصال را به خوبي توجيه كرد. با آناليز EDS نشان داده شد كه نانوذرات هنگام تبلور مجدد در مرزدانه¬ها تجمع مي¬كنند و مانع از رشد اندازه¬ي دانه¬ها مي¬شوند. استفاده از نانوپودر SiC در FSSW، استحكام نهايي اتصال و متوسط سختي در ناحيه¬ي SZ مقطع جوش را به ترتيب تا %25 و %24 افزايش داده است.

1396/07/11

1/1/1900 12:00:00 AM

The aim of this study is to improve weld characteristics employing a new proposed method in adding SiC reinforcement nanoparticles to friction stir spot welds (FSSW). 6061-T6 aluminum alloy plates 3 mm in thickness and SiC reinforcement nanoparticles 45 to 65 nm in diameter were used in FSSW. Design of experiments, S/N ratio analysis and optimization of joint ultimate strength were conducted using Taguchi method. In this way, the amount of nanopowder, tool rotational speed and dwell time were considered as input parameters and joint ultimate strength as the output parameter. Then Taguchi suggested optimum specimen was fabricated and tensile tested and results confirmed optimal measure predicted by Taguchi. Four specimens from experiments table were examined next and the effect of incorporating reinforcement nanoparticles on ultimate strength, microhardness and grain size of the welds were eva​luated. The examined specimens included: the best and the worst specimens in experiments table in terms of strength, Taguchi suggested optimum specimen and its powder-free equivalent. The fracture mode of each examined specimen was specified by an investigation of the behavior of all specimens during tensile test. Moreover, shape of their force-displacement graphs and failed nugget surfaces were also discussed. The microstructure of weld cross-section was observed by optical microscopy (OM) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). Grain size, wideness of nanocomposite area and reinforcement nanoparticles distribution in different specimens were studied and achieved results justified joint mechanical properties. Energy dispersive spectroscopy (EDS) indicated that nanoparticles assembled in grain boundaries during dynamic recrystallization and prevented the growth of grain size. Incorporation of SiC nanoparticles in FSSW increased joint ultimate strength and average hardness in stir zone (SZ) up to 25% and 24%, respectively.