Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,MohammadReza Toroghinejad,Fakhreddin Ashrafizadeh
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) محمدرضا طرقی نژاد (استاد مشاور) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamidreza Merati
حمیدرضا مرآتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Friction Stir Welding Nanostructure Al/SiC Composite Manufactured by Accumulative Roll Bonding and Evaluating the Joint Properties
In the present study, Al-5Vol.%SiC composite was manufactured by accumulative roll bonding (ARB) process after 10 cycles. Subsequently, the composite plates were joined using friction stir welding (FSW) at the tool rotation speeds of 900, 1120 and 1400 rpm and the welding speeds of 63, 80 and 100 mm/min. In addition, using 4 pin geometries (cylindrical, triangular, square and hexagonal), the effect of pin profiles on mechanical properties of joints were investigated. Microstructural evolutions in the Stir Zone (SZ) of the welded samples were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM). A K type thermocouple was used for monitoring of temperature variation during FSW. After 10 ARB cycles, the composite microstructure showed that the reinforcement particles were distributed uniformly in the Al matrix without porosities in the Al-Al and Al-SiC interfaces. Hardness and tensile strength of produced composite were 2.26 and 2.5 times as high as that of the annealed pure Aluminum, respectively. Whereas, the elongation of the composite was drastically decreased by 22% in comparison to that of the annealed pure Al. SEM observation of fracture surfaces showed that the rupture mode in the composite was ductile rupture type. The composite was not joined at 900rpm-100 mm/min welding parameter. In addition, voids were found in SZ of welds using welding speeds of 63 and 80 mm/min at 900rpm. The voids drastically decreased the tensile strength of joints obtained at the parameters. Using greater rotation speed, sufficient heat input was provided for material flow during FSW and desirable joints were obtained. Among the other welding parameters, the most tensile strength and hardness and the lowest elongation were achieved in the joint obtained at 1120rpm-100mm/min welding parameter (revolution pitch of 0.089mm/r). In contrary, the least tensile strength and hardness and the most elongation were achieved in the joint obtained at 1400rpm-80mm/min (revolution pitch of 0.057mm/r). Fractography of the tensile fracture surfaces of FS welded samples revealed ductile dimples which were grown and deeper at less revolution pitches. The microstructure and mechanical properties of the FS welded composite was significantly affected by the tool pin profile. The microstructural evaluation of stir zones showed that the most fragmentation and distribution of SiC particles were obtained by square pin. The greatest hardness, tensile strength and elongation were achieved in the joint obtained by square pin. Hexagonal pin caused deep voids in SZ by which the tensile properties drastically decreased. Keywords: Aluminum, Accumulative roll bonding, Friction stir welding, Revolution pitch, Heat input, Tensile strength
در این تحقیق، ابتدا با استفاده از فرایند نورد تجمعی و با اعمال 10سیکل نورد، کامپوزیت SiC vol%5-Al تولید شد. سپس با درنظرگرفتن متغیرهای جوشکاری شامل سرعت‌های‌ چرخش 900، 1120 و rpm1400‌ و سرعت‌های جوشکاری 63، 80 و mm/min100 و با ثابت درنظرگرفتن سایر متغیرها، نمونه‌های ‌تولید‌شده جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شدند. در ادامه با درنظرگرفتن چهار هندسه‌ی ‌پین مختلف (شامل مربعی، مثلثی، شش‌ضلعی و استوانه‌ای‌)، تأثیر هندسه‌ی پین بر نحوه‌ی توزیع ذرات تقویت‌کننده و خواص مکانیکی کامپوزیت‌ مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری بوسیله‌ی میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. ارزیابی خواص مکانیکی نیز بوسیله‌ی آزمایش کشش و سختی‌سنجی صورت گرفت. همچنین سطوح مقاطع شکست نمونه‌ها پس از آزمایش کشش به‌ منظور تعیین مکانیزم شکست، مورد بررسی قرار گرفتند. برای اندازه‌گیری تغییرات دما حین جوشکاری، از ترموکوپل نوع K استفاده شد. بررسی ریزساختار کامپوزیت تولیدشده نشان داد که پس از 10 سیکل نورد تجمعی، ذرات تقویت‌کننده توزیع نسبتاً خوبی داشته و ریزساختار عاری از هرگونه تخلخل در زمینه و نیز در فصل‌مشترک ذرات- زمینه است. سختی و استحکام کششی برای کامپوزیت به ترتیب 26/2 و 5/2 برابر آلومینیوم 1050 آنیل‌شده بدست آمد، درحالی که درصد ازدیاد طول از 41% به 9% کاهش یافت. شکست‌نگاری نمونه‌‌ی کامپوزیتی حضور دیمپل‌های هم محور ونسبتاً عمیق را نشان داد که بیانگر مکانیزم شکست نرم در کامپوزیت تولیدشده می‌باشد. اتصال حاصل از جوشکاری کامپوزیت در شرایط mm/min100- rpm900 برقرار نشد و سرعت‌های جوشکاری 80 و mm/min63 نیز منجر به بروز حفرات در ریزساختار جوش شدند به نحوی که این عیوب، افت شدید خواص مکانیکی در اتصالات را به‌همراه داشت. سایر متغیرهای فرایند، با اعمال حرارت و کرنش کافی، اتصالات کامل و ریزساختارهای بدون عیب را ایجاد کردند. از میان سایر متغیرها، با درنظرگرفتن میزان درجه‌ی دوران (نسبت سرعت جوشکاری به سرعت چرخش ابزار) به عنوان معیاری از میزان حرارت ورودی، شرایط mm/min100- rpm1120 با داشتن بالاترین عدد درجه‌ی دوران برابر mm/r089/0، کم‌ترین حرارت را به قطعه‌ وارد کرده و اتصال حاصل از آن بالاترین استحکام کششی و سختی و کم‌ترین درصد ازدیاد طول را داشت. شرایط mm/min80- rpm1400 با درجه‌ی دوران mm/r057/0 بیش‌ترین حرارت را به قطعه وارد کرده و اتصال حاصل از آن دارای پایین‌ترین استحکام و سختی و بیش‌ترین درصد ازدیاد طول بوده است. شکست‌نگاری نمونه‌های جوش، حضور دیمپل‌های بزرگ‌تر و عمیق‌تر را در شرایط جوشکاری با درجه‌ی دوران کمتر در مقایسه با کامپوزیت‌های اولیه نشان داد. نتایج جوشکاری با پین‌های دارای هندسه‌ی مختلف نشان داد که خرد‌شدن ذرات تقویت‌کننده و توزیع یکنواخت‌ آنها در زمینه برای پین مربعی در مقایسه با سایر پین‌ها بیشتر است و بالاترین استحکام کششی، سختی و درصد ازدیاد طول برای اتصال حاصل از پین مربعی بدست آمد. پین شش‌ضلعی به‌دلیل ایجاد عدم امتزاج مناسب در جوش و بروز حفرات عمیق در ساختار، سبب افت شدید استحکام کششی و انعطاف‌پذیری در اتصال شد و بنابراین هندسه‌ی پین شش‌ضلعی برای جوشکاری کامپوزیت مناسب نیست. کلمات کلیدی: آلومینیوم، نورد تجمعی، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، درجه‌ی دوران، حرارت ورودی، استحکام کششی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی