بخشی از مقاله
چکیده
اتصال فلزات غیر همجنس موجب به بهرهگیری از خواص هر دو عضو اتصال میشود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یک فرایند حالت جامد نوین برای اتصال سالم فلزات غیر همجنس استفاده میشود. در این پژوهش تاثیر افزودن نانو پودر SiC بر خواص مکانیکی اتصال نظیر خواص کششی، میکروسختی و ریز ساختار اتصال غیر همجنس ورق مس خالص و آلیاژ آلومینیم 5754 به ضخامت 4 میلی متر که به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در حالت لب به لب جوشکاری شدهاند، بررسی شده است.
پارامتر مورد بررسی سرعت دورانی بود که تاثیر بسزایی در کیفیت و استحکام جوش دارد. میزان سختی در اثر افزودن نانو پودر SiC به شدت افزایش یافت. همچنین نتایج بررسی خواص مکانیکی پس از انجام تست کشش نشان میدهد که با افزودن نانو پودر مقدار استحکام کششی افزایش پیدا کرد و در سرعت چرخش 1000 دور بر دقیقه به مقدار 251 مگاپاسکال رسید.
مقدمه
تحقیقات امروزه بر روی اتصالات غیر همجنس از جمله مس به آلومینیم متمرکز شده است، چرا که اتصال مس به آلومینیم منجر میشود که از خواص مفید هر دو ماده بهره گرفت .[1] آلومینیم و مس به طور عمده در صنایع الکتریکی و هوافضا استفاده میشوند. از جمله ویژگیهای مس میتوان به هدایت حرارتی و الکتریکی بالا اشاره کرد. همچنین آلومینیم نیز به علت نسبت استحکام به وزن مناسب و مقاومت به خوردگی خوب مورد توجه است .[2] ایجاد اتصال غیر همجنس مس به آلومینیم با استفاده از فرایندهای ذوبی با مشکلاتی همراه است که مهمترین آن تشکیل زیاد ترکیبات بین فلزی است که به علت تفاوت فاحش در خواص فیزیکی و شیمیایی و نقطه ذوب آنها به وجود میآید
به همین دلیل رویکرد برای جوشکاری مس به آلومینیم به سمت فرایندهای حالت جامد از جمله جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی میرود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مواد را در حالت جامد اتصال میدهد و از بسیاری واکنشهای متالورژیکی در دمای ذوب پیشگیری میکند
امروزه تلاش برای رسیدن به جوش سالم بین مس و آلومینیم است. حفرات زیاد، ترکها و عیوب دیگر در منطقه جوش بسیار گزارش شده است . پارامترهای کلیدی که در اتصال مس به آلومینیم مهم است عبارتند از: انتخاب قطعه کاری که در سمت پیشرونده یا پس رونده باشد، با یا بدون آفست پین، جهت آفست پین و پارامترهای جوشکاری. این پارامترها بر نوع ترکیبات بین فلزی تشکیل شده و نحوه توزیع آنها در منطقه جوش تاثیرگزار است
یکی از تکنیکهای جدید که برای بهبود خواص اتصال انجام میدهند، استفاده از ذرات تقویت کننده میباشد. اضافه شدن ذرات تقویتکننده به فلز زمینه در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تغییرات چشمگیری در خواص جوش ایجاد میکند، به عنوان مثال استحکام و سختی را بالا میبرد، ویژگیهای تریبولوژیکی را بهبود میبخشد و استحکام خزشی و خستگی را افزایش میدهد. این ترکیب خواص باعث کاربرد گسترده این مواد در صنایع هوافضا و الکتریکی شده است .مواد تقویتکننده مورد استفاده میتواند سرامیکها - Al2O3 - ، کاربیدها SiC - به، TiC، - WC یا ترکیبی از هر دو باشد
در این پژوهش به بررسی افزودن نانو ذرات تقویت کننده بر خواص مکانیکی اتصال غیر همجنس مس خالص به آلیاژ آلومینیم 5754 پرداخته شد و بهترین نمونه بدون نانو ذرات تقویت کننده با نمونه بهینه در حضور نانو ذرات تقویت کننده SiC مورد مقایسه و بحث قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بین ورقهای مس خالص - C101000 OFHC - 99/99% و آلیاژ آلومینیم 5754 با ضخامت 4 میلی متر به صورت لب به لب انجام گرفت. ترکیب شیمیایی آلومینیم استفاده شده در جدول 1 گزارش شده است. همچنین برای جوشکاری با نانو پودر از نانو ذرات SiC با متوسط اندازه -60 nm 45 استفاده شد.
جدول .1 ترکیب شیمیایی آلومینیم 5754
برای جوشکاری از ابزار مخروط ناقص رزوهدار استفاده شد که از جنس فولاد ابزار گرم کار H13 تهیه شده بود. شکل ابزار و ابعاد آن در شکل - 1الف آورده شده است. برای جوشکاری نمونههای با نانو پودر SiC، طراحی مناسب بر روی ورقهای مس و آلومینیم انجام گرفت. نانو پودر SiC درون شیار ریخته شد و دو ورق به صورت نری و مادگی کنار هم قرار گرفتند و جوشکاری مطابق با نمونههای بدون نانو پودر انجام گرفت. شکل - 1ب شماتیک شیار طراحی شده با ابعاد آن را نشان میدهد. پارامترهای استفاده شده برای جوشکاری در جدول 2 آورده شده است. به طور کلی سه نمونه بدون پودر و سه نمونه با نانو ذرات SiC جوشکاری شدند. همچنین هر نمونه برای درک بهتر کد گذاری شد که در متن به کد آنها اشاره میشود.
شکل .1 الف - شماتیک ابزار جوشکاری، ب - شماتیک شیار طراحی شده برای جوشکاری با نانو پودر .SiC
