عنوان

اتصال آلیاژ منیزیم AZ31 به فولاد توسط جوشکاری همزن اصطکاکی

۴۷۹۹پ

فارسی

اتصال آلیاژ منیزیم AZ31 به فولاد توسط جوشکاری همزن اصطکاکی

[پایان نامه]

امین شکوری اسکوئی

صنعتی سهند

۱۴۰۱

۹۹ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی مواد- جوشکاری

۱۴۰۱/۰۶/۰۱

امروزه نیاز به کاهش مصرف سوخت¬های فسیلی و آلاینده¬های هوا، صنایع حمل و نقل را ملزم به استفاده از سازه-های سبک بویژه در ساخت اتوموبیل¬ها کرده است. بنابراین استفاده از آلیاژ منیزیم با بیشترین نسبت استحکام به وزن در میان آلیاژهای صنعتی، نیاز به اتصال غیرهم¬جنس با فولاد بعنوان بخش جدایی ناپذیر بدنه اصلی اتوموبیل را خواهد داشت. اتصال غیرهمجنس آلیاژ منیزیم به فولاد با توجه به اختلاف بالا در خواص فیزیکی و حرارتی بین آنها، توسط روش¬های جوشکاری ذوبی مرسوم بسیار سخت خواهد بود. همچنین عدم حلالیت جامد و واکنش-پذیری مستقیم بین Mg و Fe، مشکلات این اتصال را دو چندان می¬کند. در این میان، جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW) با امکان اتصال مواد در حالت جامد، بعنوان راه¬حل کلیدی در زمینه اتصال غیرهم¬جنس مواد شناخته شده است. در پژوهش حاضر، ابتدا اتصال لب به لب ورق¬های آلیاژ منیزیم AZ31 و فولاد کم کربن St37 به ضخامت mm 2 توسط FSW و در سرعت¬های چرخشی 710 و rpm 900 و سرعت¬های انتقالی 40 و mm/min 63 با ثابت در نظر گرفتن سایر متغیرها انجام شد. پس از ارزیابی ظاهر و درشت¬ساختار مقطع عرضی جوش¬ها، به ترتیب سرعت-های چرخشی و انتقالی rpm 710 و mm/min 40 بعنوان مقادیر مناسب آنها برای مراحل بعدی در نظر گرفته شدند. در ادامه، جوشکاری با هدف بررسی تاثیر آفست ابزار (میزان جابجایی پین ابزار نسبت به درز اتصال) بر خواص جوش با آفست¬دهی پین ابزار از mm 5/0 سمت آلیاژ منیزیم تا mm 1 به سمت فولاد و ثابت در نظر گرفتن سایر متغیرها در چهار مرحله انجام شد. پس از ارزیابی ظاهر جوش¬ها، بررسی¬های ریزساختاری و آزمون¬های مکانیکی، آفست ابزار صفر (بخش پایینی پین ابزار مماس با سمت فولادی)¬ با بیشترین استحکام کششی و بازده اتصال (نسبت استحکام کششی جوش به استحکام کششی فلز پایه ضعیف¬تر) به ترتیب برابر با MPa 148 و %54، بعنوان جوش مناسب انتخاب شد. در بخش نهایی نیز با ثابت در نظر گرفتن متغیرهای بدست آمده از مراحل قبل و افزودن لایه¬های میانی Cu و برنج (Cu-25%Zn) بصورت فویل¬های نازک و Zn بصورت پوشش گالوانیزه سرد روی فولاد با ضخامت¬های ثابت μm 50، جوشکاری انجام شد تا امکان بهبود خواص جوش با حضور عناصر آلیاژی دیگر بررسی شود. پس از انجام ارزیابی¬های لازم مشابه با بخش آفست، جوش با لایه میانی Zn با بیشترین استحکام کششی و بازده اتصال به ترتیب برابر با MPa 161 و %60، بعنوان جوش مناسب انتخاب شد. اتصال مکانیکی و اتصال متالورژیکی در فصل مشترک (IF)، نقش مکملی در ایجاد جوش¬های مناسب در هر دو بخش آفست و لایه میانی داشتند. همچنین افزودن لایه میانی Zn با نقش اکسیدزدایی و بهبود واکنش IF جوش، ضخامت لایه ترکیبات بین فلزی (IMCs) بر پایه Fe-Al بطور میانگین از nm 110 در جوش مناسب در آفست صفر به حدود nm 300 رسانید و منجر به بهبود استحکام جوش شد. شکست در آزمون کشش نیز در تمامی جوش¬ها، به غیر از جوش با لایه میانی Zn که ترکیبی از شکست نرم و ترد در آن مشاهده شد، از نوع ترد ارزیابی شد.

Nowadays, the need to reduce the consumption of fossil fuels and air pollutants has forced the transportation industries to use light structures, especially in the manufacturing of automobiles. Therefore, the use of magnesium alloy with the highest ratio of strength to weight among industrial alloys will require a dissimilar joining to steel as an integral part of the main body of the automobile. Dissimilar joining of magnesium alloy to steel will be very difficult by conventional fusion welding methods due to the high difference in physical and thermal properties between them. Also, the lack of solid solubility and direct reactivity between Mg and Fe, doubles the difficulties of this joining. Meanwhile, friction stir welding (FSW) with the possibility of joining materials in solid state is known as a key solution in the field of dissimilar joining of materials.In this research, firstly, the butt joining of AZ31 magnesium alloy and St37 low carbon steel sheets with a thickness of 2 mm by FSW and at rotational speeds of 710 and 900 rpm and translational speeds of 40 and 63 mm/min with constant consideration of other variables was done. After evaluating the appearance and macrostructure of the cross section of the welds, the rotational and translational speeds of 710 rpm and 40 mm/min were considered as their suitable values for the next steps, respectively. In the following, welding with the aim of investigating the effect of tool offset (displacement of the tool pin relative to the joint seam) on welding properties by offseting of the tool pin from 0.5 mm on the magnesium alloy side to 1 mm on the steel side and constant consideration of other variables was done in four stages. After evaluating the appearance of the welds, microstructural investigations and mechanical tests, zero tool offset (the lower part of the tool pin tangent to the steel side) with the highest tensile strength and joint efficiency (the ratio of the tensile strength of the weld to the tensile strength of the weaker base metal) equal to 148 MPa and 54%, respectively, was selected as a suitable weld. In the final part, by keeping constant the variables obtained from the previous steps and adding intermediate layers of Cu and brass (Cu-25% Zn) in the form of thin foils and Zn in the form of cold galvanized coating on steel with a constant thickness of 50 μm, welding was done to investigate the possibility of improving welding properties with the presence of other alloy elements. After performing the necessary evaluations similar to the offset part, the weld with the intermediate layer of Zn with the highest tensile strength and joint efficiency equal to 161 MPa and 60%, respectively, was selected as a suitable weld. Mechanical bonding and metallurgical bonding in the interface (IF), played a complementary role in creating suitable welds in both the offset and intermediate layers. Also, the addition of the intermediate layer of Zn with the role of deoxidation and improvement of the weld IF reaction, increased the thickness of the intermetallic compounds (IMCs) layer based on Fe-Al on average from 110 nm in the suitable weld at zero offset to about 300 nm and led to the improvement of the weld strength. The failure in the tensile test was evaluated as brittle in all welds, except for the weld with the intermediate layer of Zn, where a combination of soft and brittle failure was observed.

Joining magnesium alloy AZ31 to steel by friction stir welding

اتصال غیرهم‌جنس؛ جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW)؛ آفست ابزار؛ بازده اتصال؛ لایه میانی؛ ترکیبات بین فلزی (IMCs)

اتصال غیرهم‌جنس؛ جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW)؛ آفست ابزار؛ بازده اتصال؛ لایه میانی؛ ترکیبات بین فلزی (IMCs)

Dissimilar joining, Friction stir welding (FSW), tool offset, joint efficiency, intermediate layer; Intermetallic compounds (IMCs).

شکوری اسکوئی، امین

سعید

، توحید

، ۱۳۵۵ -‎

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

مواد، ۷۰۷۱۸، ۱۴۰۱

p

TF

92029

a

Y