22479

تاثير پارامترهاي فرآيند FSP و نوع ذرات تقويت كننده بر ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت سطحي توليد شده از يك ورق آلياژ Al-Mg

كارشناسي ارشد

شكل دادن فلزات و مواد

98-99

1399/3/12

دكتر حسين عربي - دكتر بهمن ميرزاخاني

دكتر حسين ثقفيان

مواد و متالورژي

چكيده: امروزه مواد مركب بر پايه ي آلياژهاي آلومينيم كاربردهاي متعددي در صنايعي چون هوافضا و خودروسازي پيدا كرده اند. در تحقيق حاضر براي توليد ماده مركب هيبريدي دو نوع ذرات از جنس هاي آلومينا و آلياژBNi-2 (Ni-7Cr-3.12B-4.5Si-3Fe) به طور هم زمان مورد استفاده قرار گرفت. به منظور وارد كردن ذرات فوق به داخل زمينه ي ماده ي مركب، ابتدا شياري به عمق mm 2 و عرض mm 2 در سطح يك ورق از آلياژ AlMg6 با ضخامت mm 5 ايجاد شده و سپس مخلوط پودر هاي آلومينا و BNi-2 با نسبت-هاي مشخص درون شيار قرار گرفته و با استفاده از روش ذوب ليزري، مخلوط ذرات و زمينه ذوب و مخلوط شدند. در مرحله ي بعد، ساختار ايجاد شده كه شامل يك زمينه و ذرات تعبيه شده در آن بود توسط مراحل مختلف فرآيند همزدن اصطكاكي به ماده ي مركب نهايي تبديل شد. ماده مركب توليد شده با استفاده از روش هاي ميكروسكوپ الكتروني، سختي سنجي و آزمايش خمش و شكست نگاري مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتايج بدست آمده، با افزايش تعداد مراحل از فرآيند همزدن اصطكاكي از 1 به 5 مرحله، ميزان خردايش و پخش شدن ذرات تقويت كننده افزايش مي يابد. با اين حال، هر چه كسر حجمي آلومينا در مخلوط ذرات تقويت كننده بيشتر باشد احتمال خوشه اي شدن ذرات BNi-2 افزايش مي¬يابد. حرارت ايجاد شده بر اثر ليزركاري ابتدايي باعث واكنش بين آلومينيم و نيكل مي شود. استفاده از مخلوط ذرات آلومينا و BNi-2 موجب افزايش سختي از 94 ويكرز در آلياژ Al-Mg به حداكثر 151 ويكرز در نمونه ي با 75 درصد حجمي آلومينا و 25 درصد حجمي BNi-2 بعد از 5 مرحله از اجراي فرآيند همزدن اصطكاكي مي شود. همچنين استحكام خمشي افزايشي حدوداً دو برابري داشت و از 3800 نيوتن در آلياژ Al-Mg به 7500 نيوتن در نمونه ي با 50 درصد حجمي آلومينا و BNi-2 ارتقاء يافت. افزايش تعداد مراحل فرآيند همزدن اصطكاكي در نمونه هاي حاوي فقط آلومينا باعث شبه ترد شدن سطح شكست شد. نمونه هاي حاوي فقط BNi-2 هميشه شكستي نرم از خود نشان مي دهند.

1399/06/18

Influence of FSP process parameters and type of reinforcing particles on the microstructure and mechanical properties of the surface composite produced from an Al-Mg alloy sheet

9/8/2020 12:00:00 AM

Nowadays Aluminum based composite materials found vast applications in aerospace and automobile industries. In preset study two kinds of reinforcement materials of Alumina and BNi-2 (Ni-7Cr-3.12B-4.5Si-3Fe) alloy were used simultaneously for fabrication of composite material. For introducing reinforcement materials into the aluminum alloy matrix, first, a groove of 2 mm depth and 2 mm width was machined at the surface of a 5 mm thickness Al-Mg alloy sheet, then, a mixture of Alumina and BNi-2 powders was placed at the groove and laser remelted. For next step, the remelted and solidified structure was processed with different passes of friction stir processing (FSP) method and final composite was fabricated. The composite was studied by scanning electron microscopy, hardness test, bending strength test and fractography. According to the results, by the increase of friction stir processing numbers from 1 to 5 passes, the amount of the reinforcements crushing and dispersing increases. However, the chance of BNi-2 clustering increases by the increase of volume fraction of Alumina in the mixture of reinforcement powders. In addition, the heat generated by the laser beam causes the reaction between Aluminum and Nickel (of BNi-2). Using the mixture of powders leads to increase of hardness from 94 HV in initial Al-Mg alloy sheet to 151 HV in the sample with 75% volume fraction Alumina, 25% volume fraction BNi-2, after 5 passes of friction stir processing. Furthermore, bending strength increases from 3800 N in initial Al-Mg sheet to 7500 N in the sample with 50% volume fraction of Alumina and BNi-2. Increment of the numbers of passes in FSP of the samples that have the Alumina powder, solely, leads to the fracture with semi-brittle surface. The samples only contain BNi-2, show ductile fracture.