SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Ali Kordsedehi
محمدعلي کردسدهي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
welding of 6082 aluminum alloy by friction stir method and joint characterization
In this research, the 6082-T651 aluminum alloy with constant rotating speed and various welding speeds were utilized using a friction stir method with two different types of square pins and a triangular pin welding. The purpose of this research is to investigate the effect of the welding speed and tools geometry in the microstructure and mechanical properties, and then the effect of thermal treatment on mechanical properties and abnormal grain growth and corrosion of the joints. For this purpose, the bobbin friction stir welding with the parameters including constant rotational speed 1400rpm and various welding speeds in the range of 20 to 112 mm/min was done. The samples were then subjected to post thermal treatment of solution at a temperature of 530? for one hour and aging at 190? temperature for six hours. The microstructure of the welded specimens were studied and characterized using optical microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and phase analysis X-ray diffraction. Mechanical properties were investigated using a single-axis tensile test and microhardness in width of the welded section. In order to investigate the corrosion behavior, immersion test was done in 3.5% sodium chloride solution and polarization test was done in 3.5% sodium chloride solution with a pH number of to 6 and 1.5. In order to investigate the failure from the environment and resistance to stress corrosion cracking, a tensile test with slow strain rate was used in sodium chloride solution 3.5% with a pH number of 1.5. The results showed that with increasing welding speed, tensile strength increases initially and reduces dramatically after the occurrence of volume defects. The maximum strength was obtained using square pins and at 90 mm/min equal to 198.75MPa. Microstructural observations showed that with increasing welding speed, the grain size decreases in the stir zone. The pattern of hardness was symmetric. it was obtained along the thickness, which shows that the joints have homogeneous mechanical properties along the thickness. Microstructural observations after heat treatment showed that increasing the welding speeds from 20 to 112mm/min reduced the sensitivity of the structure in the stir zone to the abnormal grain growth And grown grains that exceed 95% of the stir zone, reduces to less than 24%. According to mechanical properties, post weld heat treatment increases the tensile strength and hardness and decreases the elongation, which causes the weakest region in the welding zone to be transferred from the HAZ to the SZ. The results of corrosion tests showed that the highest corrosion current density was related to the heat affected zone and the thermomecanical affected zone and stir zone have better corrosion resistance. The corrosion of the corroded areas in all three zones includes uniform corrosion with pitting corrosion. The results of a slow strain rate tests showed that in the welded samples, environment sensitivity was observed and the cracks caused by the environment occurred at the boundary between the TMAZ/SZ. Elongation percentages in SSRT indicate that the base alloy is softer than the welded specimens, in sodium chloride solution3.5%. Investigation of the cross section fracture in the base metal test sample showed that the surfaces fracture had dimples that shown ductile breakdown in aluminum, but in the welded specimens, cleavage fracture was also observed.
در اين تحقيق آلياژ آلومينيم 6082 با سرعت چرخشي ثابت و سرعت پيشروي متغير با استفاده از روش اصطکاکي اغتشاشي با ابزار بوبين با دو نوع مختلف پين ابزار مربعي و پين ابزار مثلثي جوشکاري شده است. هدف از اين تحقيق بررسي اثر سرعت پيشروي و هندسه ابزار بر ريزساختار و خواص مکانيکي و پس از آن، تأثير عمليات حرارتي بر خواص مکانيکي و رشد غيرعادي دانهها و خوردگي اتصالات ميباشد. بدين منظور جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي با ابزار بوبين(BTFSW) با پارامترهاي سرعت چرخشي ثابت rpm1400 و سرعت پيشروي متغير در محدودهي 20 تا mm/min112 انجام شده است سپس نمونهها تحت عمليات حرارتي محلول سازي در دماي?530 به مدت يک ساعت و پيرسازي در دماي ?190 به مدت 6 ساعت قرار گرفتند. ريزساختار نمونههاي جوشکاري شده با استفاده از ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM)، طيف سنج نشر انرژي(EDS) و آناليز فازي با استفاده از تفرق اشعه ايکس(XRD)، بررسي و مشخصه يابي شد. خواص مکانيکي با استفاده از آزمون کشش تک محوري و ريز سختي در عرض مقطع جوشکاري شده بررسي شد. جهت بررسي رفتار خوردگي، آزمون غوطهوري در محلول سديم کلرايد 5/3 درصد و آزمون پلاريزاسيون در محلول سديم کلرايد 5/3 درصد با pH برابر با 6 و 5/1 انجام شد. جهت بررسي شکست ناشي از محيط و مقاومت به ترک خوردگي تنشي از آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته در محلول سديم کلرايد 5/3 درصد با pH برابر با 5/1 استفاده شد. نتايج نشان داد که با افزايش سرعت پيشروي در ابتدا استحکام کششي افزايش مييابد و پس از وقوع عيوب حجمي، کاهش چشمگيري پيدا ميکند. حداکثر استحکام با استفاده از پين ابزار مربعي و در سرعت پيشروي mm/min90 برابر با MPa75/198بدست آمده است. مشاهدات ريزساختاري نشان داد که با افزايش سرعت پيشروي، اندازه دانهها در ناحيهي اغتشاش کاهش مييابد. الگوي سختي در طول ضخامت، متقارن بدست آمده است که نشان ميدهد اتصالات داراي خواص مکانيکي همگن در طول ضخامت هستند. مشاهدات ريزساختاري پس از عمليات حرارتي نشان داد که افزايش سرعت پيشروي از20 تا mm/min112، موجب کاهش حساسيت ساختار ناحيهي اغتشاش به رشد غيرعادي دانهها شده و دانههاي رشد يافته که بيش از 95 درصد ناحيهي اغتشاش بوده، به کمتر از 24 درصد کاهش مييابد. با توجه به خواص مکانيکي، عمليات حرارتي پس از جوشکاري باعث افزايش استحکام کششي و ريز سختي و کاهش درصد ازدياد طول ميشود که باعث ميشود ضعيفترين منطقه از ناحيهي متاثر از حرارت به ناحيهي اغتشاش منتقل شود. نتايج حاصل از آزمونهاي خوردگي نشان داد که بيشترين چگالي جريان خوردگي مربوط به ناحيهي متأثر از حرارت ميباشد و نواحي متأثر از عمليات ترمومکانيکي و ناحيهي اغتشاش از مقاومت به خوردگي بهتري نسبت به آن برخوردار ميباشند. نوع خوردگي مناطق خورده شده در هر سه ناحيه شامل خوردگي يکنواخت به همراه خوردگي حفرهاي ميباشد. نتايج حاصل از آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته(SSRT) نشان داد در نمونههاي جوشکاري شده، حساسيت به محيط مشاهده ميشود و ترک ناشي از محيط در مرز بين TMAZ/SZ رخ داده است. مقادير درصد ازدياد طول در SSRT نشاندهندهي رفتار نرمتر آلياژ پايه نسبت به نمونههاي جوشکاري شده، در محلول 5/3 درصد سديم کلرايد ميباشد. بررسي سطوح مقطع شکست در نمونه فلز پايه آزمون، نشان داد که سطح شکست داراي ديمپل بوده که نشاندهندهي شکست نرم در آلومينيم است ولي در نمونههاي جوشکاري شده شکست تورقي نيز مشاهده ميشود. کلمات کليدي: آلياژ 651T-6082 ، جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي با ابزار بوبين، عمليات حرارتي، رشد غيرعادي دانه، آزمون پلاريزاسيون، آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته