Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,MohammadReza Toroghinejad,Fakhreddin Ashrafizadeh
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) محمدرضا طرقي نژاد (استاد مشاور) سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamidreza Merati
حميدرضا مرآتي

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
چکيده در اين تحقيق، ابتدا با استفاده از فرايند نورد تجمعي و با اعمال 10سيکل نورد، کامپوزيت SiC vol%5-Al توليد شد. سپس با درنظرگرفتن متغيرهاي جوشکاري شامل سرعت‌هاي‌ چرخش 900، 1120 و rpm1400‌ و سرعت‌هاي جوشکاري 63، 80 و mm/min100 و با ثابت درنظرگرفتن ساير متغيرها، نمونه‌هاي ‌توليد‌شده جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي شدند. در ادامه با درنظرگرفتن چهار هندسه‌ي ‌پين مختلف (شامل مربعي، مثلثي، شش‌ضلعي و استوانه‌اي‌)، تأثير هندسه‌ي پين بر نحوه‌ي توزيع ذرات تقويت‌کننده و خواص مکانيکي کامپوزيت‌ مورد بررسي قرار گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري بوسيله‌ي ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام شد. ارزيابي خواص مکانيکي نيز بوسيله‌ي آزمايش کشش و سختي‌سنجي صورت گرفت. همچنين سطوح مقاطع شکست نمونه‌ها پس از آزمايش کشش به‌ منظور تعيين مکانيزم شکست، مورد بررسي قرار گرفتند. براي اندازه‌گيري تغييرات دما حين جوشکاري، از ترموکوپل نوع K استفاده شد. بررسي ريزساختار کامپوزيت توليدشده نشان داد که پس از 10 سيکل نورد تجمعي، ذرات تقويت‌کننده توزيع نسبتاً خوبي داشته و ريزساختار عاري از هرگونه تخلخل در زمينه و نيز در فصل‌مشترک ذرات- زمينه است. سختي و استحکام کششي براي کامپوزيت به ترتيب 26/2 و 5/2 برابر آلومينيوم 1050 آنيل‌شده بدست آمد، درحالي که درصد ازدياد طول از 41% به 9% کاهش يافت. شکست‌نگاري نمونه‌‌ي کامپوزيتي حضور ديمپل‌هاي هم محور ونسبتاً عميق را نشان داد که بيانگر مکانيزم شکست نرم در کامپوزيت توليدشده مي‌باشد. اتصال حاصل از جوشکاري کامپوزيت در شرايط mm/min100- rpm900 برقرار نشد و سرعت‌هاي جوشکاري 80 و mm/min63 نيز منجر به بروز حفرات در ريزساختار جوش شدند به نحوي که اين عيوب، افت شديد خواص مکانيکي در اتصالات را به‌همراه داشت. ساير متغيرهاي فرايند، با اعمال حرارت و کرنش کافي، اتصالات کامل و ريزساختارهاي بدون عيب را ايجاد کردند. از ميان ساير متغيرها، با درنظرگرفتن ميزان درجه‌ي دوران (نسبت سرعت جوشکاري به سرعت چرخش ابزار) به عنوان معياري از ميزان حرارت ورودي، شرايط mm/min100- rpm1120 با داشتن بالاترين عدد درجه‌ي دوران برابر mm/r089/0، کم‌ترين حرارت را به قطعه‌ وارد کرده و اتصال حاصل از آن بالاترين استحکام کششي و سختي و کم‌ترين درصد ازدياد طول را داشت. شرايط mm/min80- rpm1400 با درجه‌ي دوران mm/r057/0 بيش‌ترين حرارت را به قطعه وارد کرده و اتصال حاصل از آن داراي پايين‌ترين استحکام و سختي و بيش‌ترين درصد ازدياد طول بوده است. شکست‌نگاري نمونه‌هاي جوش، حضور ديمپل‌هاي بزرگ‌تر و عميق‌تر را در شرايط جوشکاري با درجه‌ي دوران کمتر در مقايسه با کامپوزيت‌هاي اوليه نشان داد. نتايج جوشکاري با پين‌هاي داراي هندسه‌ي مختلف نشان داد که خرد‌شدن ذرات تقويت‌کننده و توزيع يکنواخت‌ آنها در زمينه براي پين مربعي در مقايسه با ساير پين‌ها بيشتر است و بالاترين استحکام کششي، سختي و درصد ازدياد طول براي اتصال حاصل از پين مربعي بدست آمد. پين شش‌ضلعي به‌دليل ايجاد عدم امتزاج مناسب در جوش و بروز حفرات عميق در ساختار، سبب افت شديد استحکام کششي و انعطاف‌پذيري در اتصال شد و بنابراين هندسه‌ي پين شش‌ضلعي براي جوشکاري کامپوزيت مناسب نيست. کلمات کليدي: آلومينيوم، نورد تجمعي، جوشکاري اصطکاکي اغتشاشي، درجه‌ي دوران، حرارت ورودي، استحکام کششي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی