عنوان

تأثیر انواع لایه‌های میانی در اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ‌نزن L316 به آلومینیوم 1050 در جوشکاری همزن اصطکاکی

۴۸۴۳پ

فارسی

تأثیر انواع لایه‌های میانی در اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ‌نزن L316 به آلومینیوم 1050 در جوشکاری همزن اصطکاکی

[پایان نامه]

فرهاد امینی‌زاد کویج

صنعتی سهند

۱۴۰۱

۸۲ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی مواد- جوشکاری

۱۴۰۱/۱۱/۰۱

در این پژوهش تأثیر انواع لایه میانی در اتصال فولاد زنگ¬نزن L316 به آلومینیوم 1050 توسط جوشکاری همزن اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفت. اتصال آلومینیوم به فولادهای زنگ¬نزن به منظور دستیابی به خواص ترکیبی آلیاژهای آلومینیوم و فولاد زنگ¬نزن و در جهت توسعه اتصالات می¬باشد. اما به دلیل تفاوت نقطه ذوب و ضریب انبساط حرارتی، جوشکاری این دو فلز غیرهمجنس با روش¬های ذوبی دارای مشکلات فراوان در اتصال می¬باشد. در اتصال این فلزات با روش¬های حالت‌ جامد نیز تشکیل ترکیبات بین¬فلزی ترد و شکننده باعث کاهش خواص مکانیکی اتصال می¬شود. در جهت بهبود این مشکل در این پژوهش از لایه¬های میانی استفاده شد. تأثیر 3 نوع لایه میانی بر کیفیت ظاهری، ریزساختار و خواص مکانیکی بررسی گردید. برای این پژوهش سرعت دورانی rpm 900، سرعت خطی mm/min 100 و موقعیت ابزار نسبت به درز اتصال صفر انتخاب شد. از سه لایه میانی مس، روی و برنج (70B) برای اتصال در این پارامترها استفاده شد. جهت بررسی خواص ریزساختاری و ساختاری از میکروسکوپ¬های نوری و الکترونی روبشی و همچنین از آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس استفاده شد. نتایج نشان داد که بهترین کیفیت ظاهری مربوط به اتصال با لایه میانی روی بود. در حالت بدون لایه میانی و اتصال با لایه¬های میانی مس و برنج به دلیل کاهش حلالیت ذرات فولادی در زمینه آلومینیوم و همچنین بیشتر بودن سختی این لایه¬ها نسبت به روی با پس‌زده شدن مواد به پشت پین، عیوب سطحی مانند پلیسه و عیوب مقطع عرضی مانند تونل و حفره بیشتر شد. نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس تشکیل ترکیبات بین¬فلزی FeAl در اتصالات بدون لایه میانی و با لایه میانی روی و ترکیبات FeAl2 ضخیم در اتصال با لایه¬های میانی مس و برنج را نشان می¬دهد. لایه ترکیبات بین¬فلزی در اتصال با لایه میانی روی بدلیل حلالیت آهن در آلومینیوم با درصد اتمی آلومینیوم کمتر و ضخامت کمتر نسبت به بقیه اتصالات می¬باشد. همچنین جهت بررسی خواص مکانیکی ناحیه اتصال، نمونه¬ها تحت آزمون کشش و ریزسختی قرار گرفتند. سختی در ناحیه متأثر از حرارت آلومینیوم به دلیل رشد دانه کمترین مقدار را به خود نسبت داده است و بیشترین مقدار سختی در ناحیه تحت عملیات ترمومکانیکی فولاد زنگ¬نزن به دلیل تغییر شکل مکانیکی شدید می¬باشد. در ناحیه همزده بیشترین میانگین سختی در اتصال با لایه میانی روی بدلیل ریزدانگی نسبت به سایر اتصال¬ها دارای مقدار سختی HV 82 می¬باشد و همچنین طبق نتایج آزمون کشش، در این نمونه بدلیل وجود ترکیبات بین¬فلزی غنی از آهن با ضخامت کم بیشترین میانگین مقدار استحکام (MPa 90) بدست آمد. بهترین اتصال از لحاظ خواص مکانیکی و ریزساختاری در سرعت دورانی rpm 900 و سرعت خطی mm/min 100 با استفاده از لایه میانی روی با بازده %82 به دست آمد.هدف از این پژوهش ارزیابی تاثیر انواع لایه میانی بر روی خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصال¬های ایجاد شده و در نهایت دستیابی به شرایط مناسب در این خصوص است.

In this study, the effect of various interlayers on the joint of 316L Stainless steel to 1050 Aluminum by friction stir welding was investigated. The purpose of the joint of Aluminum to Stainless steel is to reach the combined properties of both alloys in the direction of the development of joints. However due to the difference in melting point and coefficient of thermal expansion, welding of these two dissimilar metals with fusion welding methods has many problems. In the joint of these metals with solid-state welding methods, they form Brittle intermetallic compounds and reduce the mechanical properties of the joint. In order to improve this problem, interlayers were used in this research. The effect of 3 types of interlayer on the joint quality, microstructure, and mechanical properties was investigated. For this research, the rotational speed of 900 rpm, the traverse speed of 100 mm/min, and the tool offset of zero were selected. Three interlayers of Copper, Zinc and Brass (B70) were used in the joint with these parameters. In order to investigate the microstructural and structural properties, optical and scanning electron microscopes and energy dispersive X-ray analysis were used. Also, in order to test the mechanical properties of the joint area, the samples were subjected to tensile and microhardness tests. The results showed that the best joint appearance was related to the joint with the interlayer of Zinc. In the case of non-interlayer and joints with interlayers of Copper and Brass due to the decrease in the solubility of steel particles in the stir zone and also the hardness of these layers compared to Zinc, surface defects such as flash and the cross-section defects like a tunnel and voids were increased due to the material retreating to the back of the pin. The EDS results show the formation of FeAl intermetallic compounds in the joints without interlayer and with Zinc interlayer and FeAl2 compounds with larger thickness in interlayers of Copper and Brass. Intermetallic compounds in the joint with the Zinc interlayer increase the solubility of steel in Aluminum with less Aluminum atomic percentage and thickness than other joints. Also, in order to check the mechanical properties of the joint area, the samples were subjected to tensile and microhardness tests. Hardness in the heat affected zone of aluminum due to grain growth has the lowest value, and the highest hardness value in the thermo-mechanical affected zone of stainless steel is due to severe mechanical deformation. In the stirred zone, the highest average hardness in the joint with the interlayer of Zinc due to its fine grains compared to other joints has a hardness value of 82 HV, and also according to the results of the tensile test, in this sample, it has the highest average of the strength value (90MPa) due to the presence of iron-rich intermetallic compounds with low thickness. The best joint in terms of mechanical and microstructural properties were obtained at a rotational speed of 900 rpm and a traverse speed of 100 mm/min using a Zinc interlayer with an efficiency of 82%.

The effect of various interlayers on the dissimilar joint of 316L stainless steel to 1050 aluminium by friction stir welding

جوشکاری همزن اصطکاکی

فولاد زنگ‌نزن L316

آلومینیوم 1050

جوشکاری همزن اصطکاکی، فولاد زنگ‌نزن L316، آلومینیوم 1050، ریزساختار، لایه میانی، خواص مکانیکی

Friction stir welding, 316L stainless steel, 1050 aluminum, microstructure, interlayer, mechanical properties

امینی‌زاد کویج، فرهاد

سعید

، توحید

، ۱۳۵۵ -‎

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

20230501

مواد، ۷۰۷۲۶، ۱۴۰۱

p

TF

92029

a

Y