SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Ali Kordsedehi
محمدعلی کردسدهی
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 این تحقیق آلیاژ آلومینیم 6082 با سرعت چرخشی ثابت و سرعت پیشروی متغیر با استفاده از روش اصطکاکی اغتشاشی با ابزار بوبین با دو نوع مختلف پین ابزار مربعی و پین ابزار مثلثی جوشکاری شده است. هدف از این تحقیق بررسی اثر سرعت پیشروی و هندسه ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی و پس از آن، تأثیر عملیات حرارتی بر خواص مکانیکی و رشد غیرعادی دانهها و خوردگی اتصالات میباشد. بدین منظور جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار بوبین(BTFSW) با پارامترهای سرعت چرخشی ثابت rpm1400 و سرعت پیشروی متغیر در محدودهی 20 تا mm/min112 انجام شده است سپس نمونهها تحت عملیات حرارتی محلول سازی در دمای?530 به مدت یک ساعت و پیرسازی در دمای ?190 به مدت 6 ساعت قرار گرفتند. ریزساختار نمونههای جوشکاری شده با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، طیف سنج نشر انرژی(EDS) و آنالیز فازی با استفاده از تفرق اشعه ایکس(XRD)، بررسی و مشخصه یابی شد. خواص مکانیکی با استفاده از آزمون کشش تک محوری و ریز سختی در عرض مقطع جوشکاری شده بررسی شد. جهت بررسی رفتار خوردگی، آزمون غوطهوری در محلول سدیم کلراید 5/3 درصد و آزمون پلاریزاسیون در محلول سدیم کلراید 5/3 درصد با pH برابر با 6 و 5/1 انجام شد. جهت بررسی شکست ناشی از محیط و مقاومت به ترک خوردگی تنشی از آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته در محلول سدیم کلراید 5/3 درصد با pH برابر با 5/1 استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت پیشروی در ابتدا استحکام کششی افزایش مییابد و پس از وقوع عیوب حجمی، کاهش چشمگیری پیدا میکند. حداکثر استحکام با استفاده از پین ابزار مربعی و در سرعت پیشروی mm/min90 برابر با MPa75/198بدست آمده است. مشاهدات ریزساختاری نشان داد که با افزایش سرعت پیشروی، اندازه دانهها در ناحیهی اغتشاش کاهش مییابد. الگوی سختی در طول ضخامت، متقارن بدست آمده است که نشان میدهد اتصالات دارای خواص مکانیکی همگن در طول ضخامت هستند. مشاهدات ریزساختاری پس از عملیات حرارتی نشان داد که افزایش سرعت پیشروی از20 تا mm/min112، موجب کاهش حساسیت ساختار ناحیهی اغتشاش به رشد غیرعادی دانهها شده و دانههای رشد یافته که بیش از 95 درصد ناحیهی اغتشاش بوده، به کمتر از 24 درصد کاهش مییابد. با توجه به خواص مکانیکی، عملیات حرارتی پس از جوشکاری باعث افزایش استحکام کششی و ریز سختی و کاهش درصد ازدیاد طول میشود که باعث میشود ضعیفترین منطقه از ناحیهی متاثر از حرارت به ناحیهی اغتشاش منتقل شود. نتایج حاصل از آزمونهای خوردگی نشان داد که بیشترین چگالی جریان خوردگی مربوط به ناحیهی متأثر از حرارت میباشد و نواحی متأثر از عملیات ترمومکانیکی و ناحیهی اغتشاش از مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به آن برخوردار میباشند. نوع خوردگی مناطق خورده شده در هر سه ناحیه شامل خوردگی یکنواخت به همراه خوردگی حفرهای میباشد. نتایج حاصل از آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته(SSRT) نشان داد در نمونههای جوشکاری شده، حساسیت به محیط مشاهده میشود و ترک ناشی از محیط در مرز بین TMAZ/SZ رخ داده است. مقادیر درصد ازدیاد طول در SSRT نشاندهندهی رفتار نرمتر آلیاژ پایه نسبت به نمونههای جوشکاری شده، در محلول 5/3 درصد سدیم کلراید میباشد. بررسی سطوح مقطع شکست در نمونه فلز پایه آزمون، نشان داد که سطح شکست دارای دیمپل بوده که نشاندهندهی شکست نرم در آلومینیم است ولی در نمونههای جوشکاری شده شکست تورقی نیز مشاهده میشود. کلمات کلیدی: آلیاژ 651T-6082 ، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار بوبین، عملیات حرارتی، رشد غیرعادی دانه، آزمون پلاریزاسیون، آزمون کشش با نرخ کرنش آهسته