Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Rezaian,Morteza Shamanian esfahani
احمد رضائیان (استاد مشاور) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Mohammadi Zahrani
محسن محمدی زهرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation of the effect of reinforcement nanoparticles and heat treatment on the properties of friction-stir welded aluminum alloy 7075
Abnormal grain growth in the stir zone is one of the major challenges often occurs during post-weld heat treatment of friction-stir welded aluminum alloys. The aim of this research is to mitigate the abnormal grain growth during post-weld heat treatment of AA7075 aluminum alloy. To gain this goal, two methods including application of primary recovery annealing and dispersion of TiO 2 nanoparticles in the stir zone were used. The microstructure of experimental samples were characterized by means of optical microscope, scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the samples were also evaluated by microhardness measurement and simple tensile test. Also, the digital image correlation technique was used to examine the local strain progression through the gage section of tensile specimens. The results of this research showed that increase in traveling speed from 24 to 86 mm/min caused increase in sensitivity of fine grained microstructure of the stir zone to abnormal grain growth and appearance of abnormally grown grains with the average size of 580 µm in more than 95% of the stir zone area during post-weld heat treatment. However, increment in rotation speed from 380 to 800 rpm had a reverse effect and caused increase in grain size. Therefore, after heat treatment only 45% of the stir zone surface was affected by abnormal grain growth. Applying 9 h primary recovery annealing at 375 °C on as-welded samples caused reduction in the size of abnormally grown grains to values lower than 300 µm. Also, the results of tensile tests showed that applying such a recovery annealing cycle before traditional T6 heat treatment caused 6% increase in tensile strength compared to the traditionally heat-treated samples. The elongation also increased from less than 2.4% to 6.8±0.5 %. In addition, in all samples the fracture occurred in the stir zone. On the other hand, addition of enough amount of nanometric TiO 2 particles in the stir zone caused effective suppression of abnormal grain growth during post-weld heat treatment. With addition of 0.9 wt.% of the particles, the abnormal grain growth suppressed to only 20% of the stir zone area. The tensile test results of these samples revealed that among the TiO 2 added samples, the maximum tensile strength and elongation occurred in the sample containing 0.9 wt.% powder with the values of 561±6 MPa and 11.7±1.9%, respectively. These values are about 96% and 83% of those in the base metal. However, addition of more than 0.9 wt.% of nanoparticles caused accumulation and agglomeration of the particles in some area of stir zone, causing decrement in tensile strength and elongation values to less than 94% and 60% of the related values in the base metal.
رشد غیرعادی دانه در ناحیه اغتشاش از جمله چالش‌های عمده در ضمن عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری مقاطع جوش اصطکاکی- اغتشاشی آلیاژهای آلومینیم است. هدف از این پژوهش، کنترل بروز پدیده رشد غیرعادی دانه در ضمن عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 7075 می‌باشد. بدین منظور، از دو روش اعمال چرخه آنیل بازیابی اولیه پیش از عملیات‌حرارتی اصلی و نیز توزیع ذرات نانومتری TiO 2 در ناحیه اغتشاش جوش استفاده شد. ریزساختار نمونه‌های ایجاد شده به‌کمک میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنج نشر انرژی و پراش پرتو ایکس مشخصه‌یابی شد. خواص مکانیکی نمونه‌ها نیز به‌کمک آزمون‌های ریزسختی‌سنجی و کشش ساده ارزیابی شد. همچنین، از روش همبستگی تصاویر دیجیتال جهت بررسی نحوه توسعه کرنش موضعی در قسمت‌های مختلف طول سنجه نمونه‌های آزمون کشش بهره گرفته شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که افزایش در سرعت پیشروی ابزار از 24 به mm/min 86 موجب افزایش حساسیت ساختار ریزدانه موجود در ناحیه اغتشاش به بروز رشد غیرعادی دانه شد و دانه‌های رشد یافته با اندازه متوسط 580 میکرومتر بیش از 95‌% ناحیه اغتشاش را در ضمن عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری فرا گرفت. با این وجود، افزایش سرعت چرخشی ابزار از 380 به rpm 800 اثر معکوسی داشته و کاهش حساسیت به بروز رشد غیرعادی دانه را در پی داشت؛ به‌نحوی که پس از عملیات‌حرارتی حداکثر 45‌% از مساحت ناحیه اغتشاش درگیر پدیده مذکور شد. اعمال چرخه آنیل بازیابی اولیه به‌مدت 9 ساعت و در دمای 375 درجه سانتی‌گراد روی نمونه‌های جوشکاری شده، موجب کاهش نسبی اندازه دانه‌های رشد یافته در ضمن عملیات‌حرارتی به کمتر از 300 میکرومتر شد. نتایج آزمون کشش نیز نشان داد که اعمال آنیل بازیابی و سپس عملیات‌حرارتی 6T، موجب بهبود استحکام کششی به‌میزان 6‌% نسبت به نمونه عملیات‌حرارتی شده به روش معمول گردیده و ازدیادطول در حالت عملیات‌حرارتی شده از کمتر از 4 / 2‌% به حدود 5/6 درصد ارتقا می‌یابد. به‌علاوه، در تمامی موارد شکست در ناحیه اغتشاش رخ داد. از سوی دیگر، افزودن مقدار کافی از ذرات نانومتری TiO 2 در ناحیه اغتشاش موجب کنترل مؤثر پدیده رشد غیرعادی دانه در ضمن عملیات‌حرارتی پس از جوشکاری گردید؛ به‌نحوی که با افزودن بیش از9/0 درصد وزنی از ذرات مذکور، پدیده رشد غیرعادی دانه در کمتر از 20‌% از مساحت ناحیه اغتشاش بروز کرد. نتایج آزمون کشش این دسته از نمونه‌ها نشان داد که در میان نمونه‌های حاوی پودر نانومتری TiO 2 ، بیشینه استحکام کششی و ازدیادطول در نمونه حاوی9/0 درصد وزنی از ذرات مذکور و به‌ترتیب برابر با MPa 561 و11/7 حاصل می‌شود که در حدود 96‌% و 83‌% مقادیر نظیر در فلز پایه است. با این وجود، افزودن بیش از0/9 درصد وزنی از ذرات نانومتری، تجمع و کلوخه‌ای شدن این ذرات در برخی قسمت‌های ناحیه اغتشاش را در پی دارد که موجب کاهش مقادیر استحکام کششی و ازدیادطول جوش به کمتر از 94‌% و 60‌% مقادیر نظیر در فلز پایه می‌شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی