SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,MohammadReza Toroghinejad
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Hamed Fotoohi
حامد فتوحي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Influence of friction stir processing on mechanical and microstructural properties of AA7075-T6 aluminum alloy jointed by gas tungsten arc welding
The welding of aluminum and its alloys has always represented a great challenge for designers and technologists. The preferred welding processes for aluminum alloy are gas metal arc welding and gas tungsten arc welding due to their comparatively easier applicability and better economy but past research on structural aluminum alloys demonstrated lower mechanical and microstructural properties in gas tungsten arc welds when compared to base-metal (BM), that mainly related to the presence of a tenacious oxide layer, high thermal conductivity, high coefficient of thermal expansion, solidification shrinkage, high solubility of hydrogen, and other gases, in molten state. However, there is a continual emphasis on decreasing the cost or weight of a given structure.Friction stir processing (FSP) is a technique that produces local microstructural modification and, when applied to gas tungsten arc welds, improves the microstructure and corresponding mechanical properties at the weld toe and crown locations. Aluminum alloy AA7075 (Al–Zn–Mg–Cu) is one of the high strength aluminum alloys. Its high strength to weight ratio, together with its natural aging characteristics, makes it attractive for a number of aircraft structural applications. The alloy derives its strength from precipitation of Mg 2 Zn and Al 2 CuMg phases. The aim of the present work is to investigate Influence of friction stir processing on microstructure and mechanical properties of AA7075-T6 aluminum alloy jointed by gas tungsten arc welding. The bare and friction stir processed welds were comparatively evaluated for their microstructural characteristics and mechanical properties. Friction stir processing was found to result in substantial microstructural refinement with fine and uniformly distributed particles. The use of friction stir processing has been found to improve the mechanical and microstructural properties of the welds compared to those of jointed by gas tungsten arc welding of this alloy due to grain refinement occurring in the fusion zone. The friction stir processing at 1600 rpm, 80 mm min -1 improved the tensile strength, hardness and percentage of elongation of 7075-T6 aluminum alloy jointed by gas tungsten arc welding by 14 pct, 66 pct and 300 pct respectively. The hardness of base metal (unwelded parent metal) in its initial T6 condition is approximately 120 VHN. But the hardness of the gas tungsten arc welding joint in the weld metal region center is 60 VHN. In the case of friction stir processed joints, the weld metal hardness has been found to increase compared to unprocessed welds and arrive 90 VHN in friction stir processed weld at welding speed of 80 mm min _1 and rotational speed of 1600 rpm. This work demonstrates that friction stir processing is an effective strategy for improving mechanical and microstructural properties in aluminum–zinc alloy fusion welds. Keywords : Gas tungsten arc welding; Friction stir Processing; 7075-T6 aluminum alloy; Microstructure
چکيده در روش هاي جوشکاري ذوبي مانند جوشکاري قوسي تنگستن گاز حرارت ايجاد شده جهت برقراري اتصال بسيار بالاست، لذا اين گروه از روش هاي جوشکاري به دليل ذوب و انجماد سريع که اتفاق مي افتد مشکلات عديده اي مانند واکنش بين زمينه و ذرات تقويت کننده و اثرات جدايش هنگام انجماد مجدد مذاب را در آلياژهاي آلومينيوم پديد مي آورند و خواص مکانيکي اتصال را کاهش مي دهند. فرايند اصطکاکي اغتشاشي يک روش بسيار مفيد و کارآمد در اصلاح ريزساختار و بهبود خواص مکانيکي اتصالات است و مشابه جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي انجام مي گيرد با اين تفاوت که در فرايند اصطکاکي اغتشاشي بر خلاف جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي اتصالي صورت نمي گيرد. آلياژهاي گروه 7000 آلومينيوم از پر استحکام ترين آلياژهاي آلومينيوم هستند. اين آلياژها به دليل داشتن استحکام بالا، چگالي پايين، چقرمگي شکست بالا، پايداري حرارتي نسبتاً خوب ساختار ميکروسکوپي، عموماً در ساخت قطعات مورد استفاده در صنايع هوا فضا بکار مي رود. در اين پژوهش اثر پارامترهاي فرايند اصطکاکي اغتشاشي، سرعت چرخش ابزار و سرعت پيشروي ابزار، به عنوان متغير بر روي خواص مکانيکي و ريزساختار اتصالات ايجاد شده با استفاده از فرايند جوشکاري قوسي تنگستن گاز در آلياژ آلومينيوم T6-7075 پرداخته شده است. خواص کششي، ريزسختي و ريزساختار اتصالات نمونه ي تحت فرايند جوشکاري قوسي تنگستن گاز قرار گرفته و نمونه هاي تحت فرايند اصطکاکي اغتشاشي قرار گرفته مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج پژوهش نشان داد فرايند اصطکاکي اغتشاشي باعث اصلاح ريزساختار ناحيه جوش ايجاد شده به روش جوشکاري قوسي گاز-تنگستن مي شود و خواص مکانيکي مطلوبي را ايجاد مي کند. مقدار سختي در ناحيه جوش نمونه متصل شده با جوشکاري قوسي تنگستن گاز ثابت نبوده اما در نمونه هاي تحت فرايند اصطکاکي اغتشاشي قرار گرفته مقدار سختي در تمام عرض ناحيه اغتشاشي تقريباً يکنواخت بود. در فرايند اصطکاکي اغتشاشي با افزايش سرعت چرخش ابزار، گرماي ورودي در ناحيه اغتشاشي به دليل اصطکاک بيشتر افزايش مي يابد که باعث اختلاط بيشتر در ناحيه اغتشاشي مي شود. با افزايش سرعت گردش ابزار از 1000 دور در دقيقه به 1600 دور در دقيقه، استحکام افزايش مي يابد و با افزايش سرعت پيشروي فرايند از 40 ميلي متر بر دقيقه به 80 ميلي متر بر دقيقه، استحکام افزايش مي يابد. در بين پارامترهاي انتخاب شده براي انجام فرايند اصطکاکي اغتشاشي، نمونه ايجاد شده با سرعت گردش ابزار 1600 دور در دقيقه و سرعت پيشروي 80 ميلي متر بر دقيقه بهترين خواص مکانيکي را نشان داد و منجر به افزايش استحکام کشش نهايي از مقدارMPa 280، که مربوط به نمونه ي متصل شده با فرايند جوشکاري قوسي تنگستن گاز بود، به مقدار MPa 320 شد که اين نمونه بهترين خواص کششي را نشان داد، همچنين درصد تغير طول در نمونه تحت فرايند اصطکاکي اغتشاشي قرار گرفته نسبت به نمونه تحت جوشکاري قوسي تنگستن گاز قرار گرفته نزديک به % 300 افزايش يافته است. در اين نمونه شکست از محل اتصال فلز پرکننده با فلز پايه بود که ناشي از عدم توانايي فلز پرکننده براي تحمل بيشتر نيرو مي باشد. با افزايش سرعت چرخش ابزار در سرعت پيشروي ثابت يا با کاهش سرعت پيشروي ابزار در سرعت ثابت چرخش ابزار، دماي بيشينه افزايش مي يابد و در نتيجه سرعت سرد شدن کاهش مي يابد که بر روي ريزساختار و خواص مکانيکي موثر است. کلمات کليدي: آلومينيوم، اصلاح ريزساختار، جوشکاري قوسي تنگستن گاز، فرايند اصطکاکي اغتشاشي