Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Rezaian,Morteza Shamanian esfahani
احمد رضائيان (استاد مشاور) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Mohammadi Zahrani
محسن محمدي زهراني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation of the effect of reinforcement nanoparticles and heat treatment on the properties of friction-stir welded aluminum alloy 7075
Abnormal grain growth in the stir zone is one of the major challenges often occurs during post-weld heat treatment of friction-stir welded aluminum alloys. The aim of this research is to mitigate the abnormal grain growth during post-weld heat treatment of AA7075 aluminum alloy. To gain this goal, two methods including application of primary recovery annealing and dispersion of TiO 2 nanoparticles in the stir zone were used. The microstructure of experimental samples were characterized by means of optical microscope, scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the samples were also evaluated by microhardness measurement and simple tensile test. Also, the digital image correlation technique was used to examine the local strain progression through the gage section of tensile specimens. The results of this research showed that increase in traveling speed from 24 to 86 mm/min caused increase in sensitivity of fine grained microstructure of the stir zone to abnormal grain growth and appearance of abnormally grown grains with the average size of 580 µm in more than 95% of the stir zone area during post-weld heat treatment. However, increment in rotation speed from 380 to 800 rpm had a reverse effect and caused increase in grain size. Therefore, after heat treatment only 45% of the stir zone surface was affected by abnormal grain growth. Applying 9 h primary recovery annealing at 375 °C on as-welded samples caused reduction in the size of abnormally grown grains to values lower than 300 µm. Also, the results of tensile tests showed that applying such a recovery annealing cycle before traditional T6 heat treatment caused 6% increase in tensile strength compared to the traditionally heat-treated samples. The elongation also increased from less than 2.4% to 6.8±0.5 %. In addition, in all samples the fracture occurred in the stir zone. On the other hand, addition of enough amount of nanometric TiO 2 particles in the stir zone caused effective suppression of abnormal grain growth during post-weld heat treatment. With addition of 0.9 wt.% of the particles, the abnormal grain growth suppressed to only 20% of the stir zone area. The tensile test results of these samples revealed that among the TiO 2 added samples, the maximum tensile strength and elongation occurred in the sample containing 0.9 wt.% powder with the values of 561±6 MPa and 11.7±1.9%, respectively. These values are about 96% and 83% of those in the base metal. However, addition of more than 0.9 wt.% of nanoparticles caused accumulation and agglomeration of the particles in some area of stir zone, causing decrement in tensile strength and elongation values to less than 94% and 60% of the related values in the base metal.
رشد غيرعادي دانه در ناحيه اغتشاش از جمله چالش‌هاي عمده در ضمن عمليات‌حرارتي پس از جوشکاري مقاطع جوش اصطکاکي- اغتشاشي آلياژهاي آلومينيم است. هدف از اين پژوهش، کنترل بروز پديده رشد غيرعادي دانه در ضمن عمليات‌حرارتي پس از جوشکاري اصطکاکي- اغتشاشي آلياژ آلومينيم 7075 مي‌باشد. بدين منظور، از دو روش اعمال چرخه آنيل بازيابي اوليه پيش از عمليات‌حرارتي اصلي و نيز توزيع ذرات نانومتري TiO 2 در ناحيه اغتشاش جوش استفاده شد. ريزساختار نمونه‌هاي ايجاد شده به‌کمک ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، طيف‌سنج نشر انرژي و پراش پرتو ايکس مشخصه‌يابي شد. خواص مکانيکي نمونه‌ها نيز به‌کمک آزمون‌هاي ريزسختي‌سنجي و کشش ساده ارزيابي شد. همچنين، از روش همبستگي تصاوير ديجيتال جهت بررسي نحوه توسعه کرنش موضعي در قسمت‌هاي مختلف طول سنجه نمونه‌هاي آزمون کشش بهره گرفته شد. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد که افزايش در سرعت پيشروي ابزار از 24 به mm/min 86 موجب افزايش حساسيت ساختار ريزدانه موجود در ناحيه اغتشاش به بروز رشد غيرعادي دانه شد و دانه‌هاي رشد يافته با اندازه متوسط 580 ميکرومتر بيش از 95‌% ناحيه اغتشاش را در ضمن عمليات‌حرارتي پس از جوشکاري فرا گرفت. با اين وجود، افزايش سرعت چرخشي ابزار از 380 به rpm 800 اثر معکوسي داشته و کاهش حساسيت به بروز رشد غيرعادي دانه را در پي داشت؛ به‌نحوي که پس از عمليات‌حرارتي حداکثر 45‌% از مساحت ناحيه اغتشاش درگير پديده مذکور شد. اعمال چرخه آنيل بازيابي اوليه به‌مدت 9 ساعت و در دماي 375 درجه سانتي‌گراد روي نمونه‌هاي جوشکاري شده، موجب کاهش نسبي اندازه دانه‌هاي رشد يافته در ضمن عمليات‌حرارتي به کمتر از 300 ميکرومتر شد. نتايج آزمون کشش نيز نشان داد که اعمال آنيل بازيابي و سپس عمليات‌حرارتي 6T، موجب بهبود استحکام کششي به‌ميزان 6‌% نسبت به نمونه عمليات‌حرارتي شده به روش معمول گرديده و ازديادطول در حالت عمليات‌حرارتي شده از کمتر از 4 / 2‌% به حدود 5/6 درصد ارتقا مي‌يابد. به‌علاوه، در تمامي موارد شکست در ناحيه اغتشاش رخ داد. از سوي ديگر، افزودن مقدار کافي از ذرات نانومتري TiO 2 در ناحيه اغتشاش موجب کنترل مؤثر پديده رشد غيرعادي دانه در ضمن عمليات‌حرارتي پس از جوشکاري گرديد؛ به‌نحوي که با افزودن بيش از9/0 درصد وزني از ذرات مذکور، پديده رشد غيرعادي دانه در کمتر از 20‌% از مساحت ناحيه اغتشاش بروز کرد. نتايج آزمون کشش اين دسته از نمونه‌ها نشان داد که در ميان نمونه‌هاي حاوي پودر نانومتري TiO 2 ، بيشينه استحکام کششي و ازديادطول در نمونه حاوي9/0 درصد وزني از ذرات مذکور و به‌ترتيب برابر با MPa 561 و11/7 حاصل مي‌شود که در حدود 96‌% و 83‌% مقادير نظير در فلز پايه است. با اين وجود، افزودن بيش از0/9 درصد وزني از ذرات نانومتري، تجمع و کلوخه‌اي شدن اين ذرات در برخي قسمت‌هاي ناحيه اغتشاش را در پي دارد که موجب کاهش مقادير استحکام کششي و ازديادطول جوش به کمتر از 94‌% و 60‌% مقادير نظير در فلز پايه مي‌شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی