Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Rahmatollah Emadi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد مشاور) رحمت اله عمادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajjad Ghateiuosefi
سجاد قاطعی یوسفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Investigation of the effect of friction stir welding on modification microstructure and mechanical properties of 5052 aluminum alloy welded by gas tungsten arc welding
Investigation the effect of friction stir welding on modification microstructure and mechanical properties of 5052 aluminum alloy welded by gas tungsten arc welding Fusion welding methods like gas-tungsten arc welding (GTAW) have high heat input which can cause problems like porosity in the solidified weld metal and grain growth in the heat affected zone and hence deterioration of the mechanical properties of fusion welded joints. Friction stir processing (FSP) is an effective method to modify the microstructure and mechanical properties of fusion welded joints. In the present study, an Al5052 sheet with the thickness of 2 mm was first welded by GTAW method with AC current parallel to rolling direction. Then, FSP was employed to modify the as-cast microstructure of weld metal and improve the mechanical properties of welded joints. Parameters investigated in the FSP were tool rotational speed (800, 1250 and 1600 rpm) and tool traverse speed (12, 25 and 40 mm/min). Among the joints modified with these parameters, the sample modified with the rotational speed of 800 rpm and traverse speed of 25 mm/min exhibited the best mechanical properties. Results of microstructural studies performed by optical microscopy and scanning electron microscopy, demonstrated that modification of GTA welded joints by FSP leads to the refinement of the dendritic microstructure of GTAW process, and dissolution of precipitates and grain refinement in the stir zone. The hardness of base metal and weld metal after GTAW were respectively 60 and 70 HV, which increased to 95 HV after modification with the traverse speed of 25 mm/min and rotational speed of 800 rpm. Tensile test results showed that the elongation for the base metal and GTA welded joint were respectively 16 and 17.5 % perpendicular to the rolling direction, which increased to 24% after FSP with the traverse speed of 25 mm/min and rotational speed of 800 rpm. Moreover, the value of elongation for the base metal and GTA welded joint were respectively 15 and 21 % in the rolling direction, which increased to 31% after FSP with the traverse speed of 25 mm/min and rotational speed of 800 rpm. Fractography of the fractured surfaces of all samples showed the presence of dimples which indicated that the major fracturing mechanism was ductile. The dimples were finer in the modified samples compared with those observed in the fractured surfaces of base metal and GTA welded specimens. Keywords: Al 5052 alloy, Gas tungsten are welding, Friction stir processing, Microstructure, Mechanical properties, Fractography.
در روش های جوشکاری ذوبی همانند جوشکاری قوسی تنگستن گاز خنثی گرمای تولید شده جهت اتصال قطعات بسیار بالا می باشد. لذا این گروه از روش های جوشکاری به دلیل ذوب و انجماد سریع که در حین اجرای فرایند رخ می دهد ممکن است باعث مشکلاتی از قبیل تخلخل در منطقه ی جوش و درشت شدن دانه ها در منطقه ی متاثر از حرارت شوند و خواص مکانیکی اتصالات را کاهش دهند. از این رو فرایند اصطکاکی اغتشاشی یک روش بسیار مناسب در اصلاح ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی اتصالات به شمار می آید که بر پایه ی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام می گیرد، با این تفاوت که در این روش اتصالی صورت نخواهد گرفت. در این پژوهش، ورق آلیاژ آلومینیم 5052 به ضخامت 2 میلی متر ابتدا توسط فرایند جوشکاری قوسی تنگستن گاز خنثی با جریان متناوب در جهت نورد جوشکاری شد. سپس به منظور اصلاح ساختار ریختگی ناحیه ی جوش و بهبود سختی و خواص مکانیکی آن از فرایند اصطکاکی اغتشاشی استفاده گردید. پارامترهای متغیر مورد بررسی در فرایند اصطکاکی اغتشاشی عبارت بودند از سرعت چرخش ابزار (rpm 800، 1250 و 1600) و سرعت پیشروی (mm/min 12، 25 و 40). در بین پارامترهای انتخاب شده برای انجام فرایند نمونه ی اصلاح شده با سرعت چرخشی ابزار rpm 800 و سرعت پیشروی mm/min 25 بهترین خواص ریزساختاری و مکانیکی را از خود نشان داد. نتایج بررسی های ریزساختاری که توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت پذیرفت نشان دادکه اعمال فرایند اصطکاکی اغتشاشی تاثیر بسزایی در خرد شدن ساختار دندریتی حاصل از جوشکاری ذوبی، انحلال رسوبات موجود در ناحیه ی اغتشاش و کاهش اندازه ی دانه ها تا حدود 6 میکرون داشت که برای نمونه ی فرایند شده با سرعت پیشروی mm/min 25 و سرعت چرخشی ابزار rpm 800 میانگین اندازه دانه حدود 3 میکرون بدست آمد. نتایج حاصل شده از آزمون سختی سنجی، سختی فلز پایه و جوش را به ترتیب 60 و 70 ویکرز نشان داد که این مقدار برای نمونه ی فرایند شده با سرعت پیشروی 25 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخشی 800 دور در دقیقه به بیشینه ی خود 95 ویکرز رسید. نتایج بدست آمده از آزمون کشش نشان داد که درصد انعطاف پذیری در جهت عمود بر نورد برای فلز پایه و فلز جوش به ترتیب % 16 و % 5/17 و برای نمونه ی فرایند شده با سرعت پیشروی 25 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخشی 800 دور در دقیقه به بیشینه ی خود % 24 رسید. همچنین درصد انعطاف پذیری در جهت نورد برای فلز پایه و نمونه ی جوشکاری شده به ترتیب % 15 و % 21 و برای نمونه ی فرایند شده با سرعت پیشروی 25 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخشی 800 دور در دقیقه به بیشینه ی خود % 31 رسید. بررسی شکست نگاری از سطح مقطع شکست تمامی نمونه ها، حضور دیمپل ها در سطح شکست را نشان داد که مشخصه ی اصلی شکست نرم شکل گیری همین دیمپل ها می باشد و برای نمونه های فرایند شده از جمله پارامتر بهینه ی فرایند در مقایسه با فلز پایه و نمونه ی جوشکاری شده ابعاد و اندازه ی این دیمپل ها یکنواخت تر و ریزتر بودند. کلمات کلی دی آلیاژ آلومینیم 5052، جوشکاری قوسی تنگستن گاز خنثی، فرایند اصطکاکی اغتشاشی، ریزساختار، خواص مکانیکی، شکست نگاری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی