31594

مطالعه تجربي تاثير عمليات ساچمه‌زني فراصوتي بر خواص مكانيكي و متالورژيكي نمونه‌هاي كامپوزيت سطحي Al2024/SiC حاصل از فرآوري اصطكاكي اغتشاشي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/6/27

دكتر رضوان عابديني

-

مهندسي مكانيك

فرايند فراري اصطكاكي اغتشاشي (FSP) يك روش مناسب براي ارتقا خواص مواد و ساخت كامپوزيت هاي پايه فلزي مي باشد. يكي از مسائل و مشكلات مهم در اين فناوري، وجود ترك هاي سطحي در قطعات و تنش هاي پسماند كششي در سطح مي باشد. يكي از راهكارهاي مهم براي افزايش عمر قطعات ساخته شده به اين روش، اعمال تنش پسماند فشاري بر سطح قطعه توسط روش هاي نظير ساچمه‌زني و ساچمه‌زني فراصوتي مي باشد. در روش نوين ساچمه‌زني فراصوتي (اولتراسونيك شات پينينگ) با استفاده از ارتعاشات فركانس بالا اعمال شده به ساچمه‌ها (ساچمه‌هاي فلزي) در محدوده 20 الي 40 كيلو هرتز نيرومحركه پرتاب ساچمه‌ها به سمت قطعه كار ايجاد مي‌شود. برخورد ساچمه‌هاي سخت و كروي به سطح موجب اعمال تنش پسماند فشاري در سطح قطعه‌كار مي‌شود. در اين تحقيق ابتدا نمونه‌هاي كامپوزيت سطحيAl2024/SiC حاصل از فرآوري اصطكاكي اغتشاشي توليد شد و در ادامه به تاثير فرآيند ساچمه‌زني فراصوت برخواص مكانيكي و متالورژيكي قطعه كار پرداخته شد. با اين هدف بررسي تاثير پارامترهاي ورودي مانند زمان و دامنه‌هاي ارتعاشات بر روي پارامترهاي خروجي مانند زبري سطح، پروفيل سختي و تنش پسماند در سطح قطعه پرداخته شد. به علاوه با هدف بررسي تاثير ميكروساختاري عمليات، بررسي ساختار توسط ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكترون روبشي نيز انجام شد. طبق نتايج بدست آمده ساچمه‌زني فراصوتي باعث ايجاد تنش‌هاي پسماند فشاري روي سطح نمونه شد. اين فرآيند باعث افزايش زبري سطح نمونه‌ها شده و با فزايش توان و زمان زبري سطح افزايش يافت. درصد پوشش سطح در اين فرآيند با افزايش پارامتر زمان و توان افزايش مي‌يابد. ميكرو‌سختي سطحي نمونه‌ها نيز افزايش يافت كه با افزايش توان در مقياس بالا ميكروسختي و عمق نفوذ به درون قطعه زياد شدند ولي پارامتر زمان فقط در عمق نفوذ سختي موثر است.

1403/09/05

An experimental study on the effect of Ultrasonic Shot Peening (USP) on the mechanical and metallurgical properties of Al2024/SiC surface composite samples produced through Friction Stir Processing (FSP)

1/1/1900 12:00:00 AM

The Friction Stir Processing (FSP) method is an effective technique for enhancing material properties and producing metal matrix composites. A significant issue in this technology is the formation of surface cracks in the components and the presence of tensile residual stresses on their surfaces. One crucial solution to extend the lifetime of components produced this way is to introduce compressive residual stress on the surface using methods like shot peening and Ultrasonic Shot Peening (USP). In the novel method of ultrasonic shot peening, high-frequency vibrations ranging from 20 to 40 kHz are applied to metal shots (called media), generating the driving force needed to propel the shots toward the workpiece. The impact of these hard, spherical shots on the surface induces compressive residual stress in the workpiece. In this research, Al2024/SiC surface composite samples were fabricated using Friction Stir Processing (FSP), and the effect of ultrasonic shot peening on the mechanical and metallurgical properties of the workpieces was examined. Specifically, the study investigated how input parameters such as time and vibration power (amplitude) affect output parameters, including surface roughness, hardness profile, and residual stress on the surface. Additionally, to analyze the microstructural effects of the FSP/USP process, the structure was examined using an optical microscope and a Scanning Electron Microscope (SEM). According to the results obtained, ultrasonic shot peening induced compressive residual stresses on the sample's surface. This process increased the surface roughness of the samples, with roughness showing a positive correlation with increases in power and time. The surface coverage factor during this process also rose with higher time and power parameters. Furthermore, the surface microhardness of the samples increased; specifically, at higher power levels, both microhardness and penetration depth into the component were enhanced, while the time parameter primarily influenced the depth of hardness penetration.

فراوري اصطكاكي اغتشاشي (FSP) , ساچمه‌زني فراصوتي , اولتراسونيك شات پينينگ , تنش پسماند , ميكرو‌سختي , ريز ساختار

Friction stir processing (FSP) , Ultrasonic Shot Peening (USP) , Compressive residual stress , microhardness , microstructure

Majid Esmaeili Khansari

Dr. Rezvan Abedini