SUPERVISOR
Mahmoud Farzin,Reza Gafari nadooshan
محمود فرزین (استاد راهنما) رضا جعفری ندوشن (استاد مشاور)
STUDENT
Farhad Teimouri
فرهاد تیموری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Investigation of Mechanical Behavior and Formability of Friction Stir Welded Thin Sheet
Today, need for using light-weight components and decreasing cost of manufacturing processes is inevitable for various sections of industries. So in sheet metal forming processes new concepts of fabricating consolidated sheets or in other words Tailor Welded Blanks emerged. Friction Stir Welding is one the methods for manufacturing TWBs and has numerous advantages over fusion welding methods for joining aluminum sheets. In present study, TWBs made by friction stir welding of 6061-T6 and 5754-O aluminum alloys were studied. The effect of different tool rotational speeds and welding speeds on mechanical properties and microstructural characteristics of dissimilar joints were evaluated. The results showed that in an appropriate range of speed combinations, an optimum rotational speed exist at which maximum strength is achieved. Regarding welding speed, greater strength is attained at higher speeds. The microstructural analyses confirm that above the optimum rotational speed, the grain size of the nugget zone increases which results in decreasing tensile strength. With regard to welding speed, increasing speed will result in grain size reduction and consequently higher tensile strength. Positioning Al 6061 on advancing side of the dissimilar joints lead to improved mechanical properties compared with positioning on retreating side. It can be due to improvement in mixing of the base materials as a wider nugget zone obtained at such situation. It is notable that the degree of such improvement in ductility is much more remarkable than strength, which is valuable regarding formability concerns. In the next section, the formability of post-rolled dissimilar sheets was assessed by bulge test. It was shown that the TWBs that are rolled perpendicular to the weld line, the formability of Al 5754 side relatively reduced comparing with Al 6061 side. It is in contradiction to the fact that Al 5754 base sheet has much more ductility comparing with Al 6061 base sheet.It seems that the Al 5754 is much more affected by the cold rolling process. The TWBs that are rolled parallel to the weld line, all of the rapture locations, occur in the weld of Al 6061 side that are similar to the fracture locations in tensile tests. Also it is shown that the formability decreases at higher rotational speeds and improves with increasing welding speed. At rotational speed of 1600 rpm and welding speed of 63 mm/min, comparing the results of bulge test with tensile tests shows that although the ductility is highest in tensile test but the formability reduced in bulge test compared to lower rotational speeds.Also the joint produced at speed combination of 1000 rpm and160 mm/min, not only had greatest tensile strength in tensile test, but also exhibited highest amount of formability in bulge test. So it is concluded that both tensile strength and ductility are important and should be simultaneously considered concerning formability of TWBs. Keywords: Tailor welded blank, Dissimilar friction stir welding, Aluminum, Formability, Bulge test
ورقهای ترکیبی که بعنوان مفهومی منحصربه فرد از ورقهای یکپارچهی ساخته شده از جنسها یا ضخامتهای متفاوت است، در دهههای اخیر بدلیل مزایای آن در فرآیند شکلدهی ورقهای فلزی کاربرد وسیعی یافته است. مزایای متعدد ورقهای ترکیبی شامل کاهش وزن وسایط نقلیه، کاهش هزینههای ساخت، دقت ابعادی بهتر و خواص بهبود یافتهای مانند سفتی ورق نهایی و نیز مقاومت در برابر ضربه امروزه صاحبان صتایع از جمله خودروسازان را ترغیب نموده است تا طراحیهای خود را بر مبنای آن انجام دهند. ازطرفی ساخت ورقهای ترکیبی همیشه از لحاظ بهترین روش ساخت یا همان روش جوشکاری چالش برانگیز و مورد بحث بوده است. امروزه ثابت شده که روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از مزایای زیادی نسبت به روشهای دیگر مخصوصاً روشهای ذوبی برای جوشکاری آلیاژهای گوناگون بویژه آلومینیم برخوردار است. در پژوهش حاضر، قابلیت جوشکاری ناهمجنس دوآلیاژ پرکاربرد آلومینیم در صنایع خودروسازی وکشتیسازی مورد ارزیابی قرارگرفته و خواص مکانیکی و متالورژیکی جوش انها در سرعتهای دورانی و خطی مختلف ابزار، مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان میدهد که استحکام کششی جوشهای ناهمجنس درحد قابل قبولی بوده ونیز نزدیک به مقدار استحکام کششی فلز پایهی با استحکام کمتر بوده و همچنین چقرمگی نیز تا حدودی نزدیک به مقدار فلزپایهی با چقرمگی کمتر است. همچنین با افزایش سرعت دورانی تا مقداری مشخص استحکام کششی جوشهای ناهمجنس افزایش یافته و بعد از آن کاهش مییابد. با افزایش سرعت خطی نیز استحکام روند افزایشی دارد. بررسی ریزساختار جوشها نشان داد که با افزایش بیش از حد سرعت دورانی، دانههای ناحیه اغتشاش درشتتر میشوند که منجر به کاهش استحکام میگردد. همچنین با افزایش سرعت خطی دانهها ریزتر میشوند. همچنین مشخص شد قرارگیری آلیاژ 6061 درطرف پیشرو باعث افزایش خواص مکانیکی جوشها، نسبت به حالتی که در طرف پسرو قرار گیرد، میشود. علت آن را میتوان امتزاج بهتر مواد و نیز افزایش وسعت ناحیهی ریزدانه شده دانست. بررسی قابلیت شکلپذیری ورقهای جوش شده و سپس نورد شده با استفاده از تست بالج نشان داد که ورقهایی که در جهت عمود بر خط جوش نورد شدهاند مقدار شکلپذیری در جوش طرف آلیاژ 5754 نسبت به طرف 6061 کمی کاهش پیدا نموده است، علیرغم اینکه میدانیم شکلپذیری ورق پایهی 5754 به مراتب بیشتراز ورق پایهی 6061 است. چنین به نظر میرسد که عملیات نورد سرد تأثیر زیادی روی جوش طرف 5754 داشته است. درمورد ورقهایی که در جهت موازی با خط جوش نورد شدهاند پارگی درهمهی ترکیب سرعتها در جوش طرف 6061 رخ داد که مشابه نتایج حاصل از تست کشش جوشهای ناهمجنس است. همچنین نتایج نشان داد شکلپذیری ورقها درسرعت دورانی بالا تا حدودی کاهش یافته و نیز با افزایش سرعت خطی شکلپذیری بهبود مییابد. مقایسهی نتایج شکلپذیری با نتایج تست کشش (در سرعت دورانی 1600 rpm و سرعت خطی 63 mm/min) نشان میدهد که در سرعت دورانی بالا برخلاف اینکه چقرمگی بالایی در تست کشش بدست آمد اما در تست بالج کاهش نسبی در قیاس با ترکیب سرعتهای دیگر مشاهده شد. همچنین در ترکیب سرعت دورانی 1000 rpm و سرعت خطی 160 mm/min که درتست کشش، بالاترین استحکام کششی را داشت درتست بالج بیشترین شکلپذیری را از خود نشان داد. بنابراین میتوان دریافت که در شکلپذیری ورقهای ترکیبی هر دو عامل استحکام و چقرمگی همزمان باهم میبایستی درنظر گرفته شوند. واژههای کلیدی: ورق ترکیبی، جوشکاری ناهمجنس اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیم، شکلپذیری، تست بالج