27830

بررسي تاثير قطر ابزار همزدن اصطكاكي بر ناهمگني ريز ساختار و خواص مكانيكي ميله¬هاي آلياژ منيزيم AZ41

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد متالورژي-شكل دادن فلزات

1399

1401/10/18

دكتر ايواني و دكتر جعفريان

دكتر حيدرزاده

منهدسي مواد متالورژي

هم¬زني اصطكاكي يكي از روش¬هاي كار سطحي روي فلزات است. بر اساس اين روش يك ابزار هم¬زن اصطكاكي روي قطعه كار نفوذ كرده و سپس در يك مسافت معين و در يك عمق مشخص، سطح را هم مي زند. با همزني اصطكاكي ساختار از نظر ريزدانگي و پراكندگي رسوبات متحول شده و خواص مكانيكي قطعه كار در قسمت همزده تغيير مي كند. در اين تحقيق يك ميله فلزي از جنس آلياژ AZ41 اكسترود شده انتخاب شده است. ساختار ماده ي انتخاب شده به اين صورت است كه به طور كلي در سطح ميله درشت دانگي مشاهده مي شود و پراكندگي مناسبي از رسوبات نداريم ولي در كناره هاي ميله، به دليل تماس ماده با قالب در حين اكستروژن، ريزدانگي غالب است. با اعمال همزني اصطكاكي ساختار ريزدانه شده و پراكندگي رسوبات بهتر مي شود كه اين امر سبب همگني بيشتر ساختار قطعه در سطح و مركز قطعه مي¬شود. خواص مكانيكي مواد متاثر از خواص ساختاري آن ها است و هر چه همگني ساختار (ريزدانگي و پراكندگي رسوبات) بيشتر باشد، به دليل قفل شدن بيشتر سيستم هاي لغزش با ريزدانه¬ها و رسوبات، رفتار مكانيكي ارتقا پيدا خواهد كرد. بعد از انجام مطالعات اوليه، پارامترهاي انجام فرآيند مشخص شدند. در اين تحقيق روي ميله ي آلياژ AZ41 اكسترود شده كه با گيره به دستگاه فرز متصل شده بود، همزني اصطكاكي انجام شد. همزني اصطكاكي به صورت خطي روي قطعه كار با سرعت دوراني 1080 دور بر دقيقه و سرعت خطي 40 ميلي متر بر دقيقه صورت گرفت. ابزار همزن اصطكاكي شامل پين و شانه است كه پين مسئوليت همزني و شانه مسئوليت انتقال حرارت به قطعه كار را دارند. چهار ابزار همزن اصطكاكي كه داراي شكلي يكسان و ابعاد متفاوت بودند انتخاب شدند. براي هر ابزار، با زاويه ي تماس بين قطعه كار و ابزار، كه 3 درجه تعيين شد، همزني اصطكاكي به مسافت 10 سانتي روي قطعه كار صورت گرفت. ابزارها از جنس فولاد H13 سخت شده بودند كه شامل: 1) ابزار به قطر شانه ي 16 و پين 2 ميلي متر، 2) ابزار به قطر شانه ي 16 و پين 3 ميلي متر، 3) ابزار به قطر شانه ي 19 و پين 2 ميلي متر و 4) ابزار به قطر شانه ي 19 و پين 3 ميلي متر بودند. با انجام آزمايشات خواص مكانيكي و ساختاري مشخص شد كه بهترين خواص مكانيكي شامل خواص كششي، سايشي، ميكروسختي و نرمي سطح شكست در نمونه ي همزده شده با ابزار به قطر شانه ي 19 و پين 3 ميلي متر مشاهده شده است. از طرفي بررسي ريزساختار نمونه ها نشان داد كه بيشترين ريزدانگي و بهترين نوع پراكندگي رسوبات نيز در نمونه¬ي همزده شده با ابزار به قطر شانه ي 19 و پين 3 ميلي¬متر مشاهده شده است.

1401/11/08

Investigating the effect of friction stir tool diameter on microstructure heterogeneity and mechanical properties of AZ41 magnesium alloy rods

1/8/2024 12:00:00 AM

Friction stir processing is one of the methods of surface work on materials. Based on this method, a friction stirs processing tool penetrated the work piece and then stirs the surface at a certain distance and depth. With friction stir processing, the structure changes in terms of grain size, placement of particles and the mechanical properties of the work piece. These changes happened in the stirred parts of material. In this research, a rod material which was made of extruded AZ41 alloy was selected. The structure of the selected material got huge grain size and weak placement of particles on the surface. But the grains sizes were so small on the sides of the rod because, due to the contact of the material with the mold during extrusion grains got small sizes in this place. By applying friction stir processing, the grain size and placement of particles in the structure have improved, which causes more homogeneity of the part structure on the surface and center of the part of work piece. The mechanical properties of materials have affected by their structural properties, and with the greater homogeneity of the structure (smaller grain size and placement of particles), the mechanical behavior have improved due to the locking of sliding systems with small grains borders and particles. After the initial studies, the parameters of the process were determined. Based on research, frictional stir processing was performed on the extruded AZ41 alloy rod which was connected to the milling machine with a clip. Frictional stir processing was done linearly on the work piece with a rotational speed of 1080 rpm and a linear speed of 40 mm/min. The friction stir processing tool includes a pin and a shoulder, the pin is responsible for stirring and the shoulder is responsible for transferring heat to the work piece. Friction stir processing caried out with four tools which they got the same shape and different dimensions. For each tool, with the contact angle between the work piece and the tool, which was set at 3 degrees, frictional sir processing was done on the work piece for a distance of 10 cm. The tools were made in from H13 hardened steel, including: 1) a tool with a shoulder diameter of 16 mm and the pin of 2 mm, 2) a tool with a shoulder diameter of 16 mm and the pin of 3 mm, 3) a tool with a shoulder diameter of 19 mm and the pin 2 mm and 4) a tool was 19 mm in diameter and the pin was 3 mm. By performing the mechanical and structural properties tests and studying the samples behaviors, it was found that the best mechanical properties, including tensile properties, abrasion, microhardness and softness of the fracture surface, were observed in the sample which was friction stir processed with a tool with got a shoulder diameter of 19 mm and the pin of 3 mm. On the other hand, the examination of the microstructure of the samples showed that the smallest grain size and the best placement of particles were observed in the sample which friction stir processed with a tool with a shoulder diameter of 19 mm and a pin of 3 mm.

كليد واژه‌ها: برهم¬زني اصطكاكي، ابزار برهم¬زني اصطكاكي، خواص مكانيكي، ريزدانگي، پراكندگي رسوبات.

Keywords: frictional stir processing, frictional stir processing tool, mechanical properties, grain size, placement of particles.

Yashar Naghshin

Dr. Ali Reza Eivani Dr and Hamid Reza Jafarian