بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر، آلومینیم و منیزیم خالص تجاري به طور موفقیتآمیز با استفاده از روش اتصال نفوذي که نوعی از اتصال حالت جامد است، در فشار گرم 15 مگاپاسکال متصل شدند. دماي مورد استفاده در این اتصال 450 درجه سانتیگراد در مدت زمانهاي 20، 30 و 40 دقیقه بود. نتایج نشان داد که مدت زمان 20 دقیقه در دما و فشار مورد اشاره براي انجام اتصال کافی نبوده و اتصال بین آلومینیم و منیزیم برقرار نشد در حالی که در زمانهاي 30 و 40 دقیقه نفوذ بین قطعات اتفاق افتاد و قطعات به یکدیگر متصل شدند.
همچنین بررسی انجام شده توسط میکروسکوپ نوري و میکروسکوپ الکترونی روبشی حاکی از نفوذ بیشتر در فصل مشترك اتصال در زمان ماند 40 دقیقه بود. میزان سختی اتصالات نیز با دستگاه میکروسختی انجام شد که نتایج نشان میدهد در زمان ماند بالاتر به دلیل تشکیل فازهاي ترد بین فلزي مانند MgAl میزان سختی افزایش مییابد.
مقدمه
اتصال نفوذي یکی از قدیمیترین و در عین حال پیشرفتهترین روشهاي جوشکاري است که در آن تغییر شکل در قطعات مورد جوش تنها در مقیاس کوچکی رخ داده و فاکتور ا صلی همان نفوذ ا ست.[1] در این روش قطعات مختلف با استفاه از دما، فشار و در یک زمان مشخص به یکدیگر متصل می شوند. آلومینیم و آلیاژهاي آن به دلیل چگالی پایین، استحکام مخصوص بالا، مقاومت خوردگی مطلوب، شکل پذیري مناسب، هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، جذابیت ظاهري و باز یافت پذیري ذاتی کاربرد گستردهاي در صنایع خودروسازي دارند.
منیزیم و آلیاژهاي آن نیز فوق العاده سبک هستند و از استحکام مخصوص عالی، قابلیت هاي دمپی نگ عالی، قابل یت ریختگی مطلوب، فلز کاري داغ م ناسب، م حاف ظت در برابر اختلال الکترومغناطیسی مطلوب، و بازیافت پذیري برخوردارند. جوشکاري آلیاژهاي نامتجانس آلومینیم-منیزیم به دلیل افزایش کاربرد آنها در صنعت داراي اهمیت ویژهاي است.
چالش مهم جوشکاري آلومینیم-منیزیم تولید ترکیبات ترد بین فلزي - IMCs - مانند است. در پژوهش هاي انجام شده به منظور افزایش استحکام ات صال، سه راهکار مهم براي حذف یاMgکاهشAl لایه هاي واکنش بین فلزي Mg-Al به کار گرفته شده است که روش اول در پژوهش حا ضر مورد برر سی و ا ستفاده بوده ا ست:
-1 ا ستفاده از رو شهاي جو شکاري حالت جامد مانند جو شکاري نفوذي که دماي ات صال پایینی دارند.
-2کنترل پراکندگی و توزیع ترکیبات ترد بین فلزي - IMCs - در جوشکاري ذوبی، به منظور جلوگیري از کاهش استحکام اتصال
-3 استفاده از روشهایی که در ج هت م حدود کردن ترکی بات ترد بین فلزي - IMCs - میزان انرژي و ز مان واکنش قا بل کنترلی دارند.
پژوهش حاضر در پی بررسی تاثیرات زمان ماند در اتصال نفوذي آلومینیم-منیزیم است و در حوزه جوشکاري حالت جامد طبقه بندي میشود.
ادگی و همکاران در سال 1388 خ صو صیات ات صال کامپوزیت زمینه فلزي آلومینیمی A356/SiCP تقویت شده با ذرات SiC جو شکاري شده از طریق فرآیند ات صال نفوذي در خلاء پایین مورد برر سی قرار دادند. کامپوزیت زمینه فلزي آلومینیمی مورد استفاده در این تحقیق داراي 10 درصد وزنی SiC بوده است. در این پژوهش کارایی اتصال ایجاد شده بین کامپوزیتهاي مشابه مطالعه شده و تاثیر دما و زمان جوشکاري بر روي کیفیت اتصال ایجاد شده بررسی شده است. بررسی ریزساختار در نزدیکی فصل مشترك با میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM انجام پذیرفته است. استحکام برشی اتصالات ایجاد شده اندازهگیري شد و نتایج حاکی از این است که استحکام اتصالات ایجاد شده از طریق فرآیند جوشکاري نفوذي در خلاء پایین با افزایش دما و زمان جوشکاري افزایش مییابند.
شانگ و همکاران در سال 2012 آلیاژ AZ31B Mg به آلیاژ Al 6061 را در دماهاي مختلف 440، 460 و 480 درجه سانتیگراد در محیط خلاء به روش اتصال نفوذي جوش دادند و به وسیله میکروسکوپ نوري، میکروسکوپ الکترونی روبشی و تفرق اشعه X مطالعه نمودند که نتایج نشان داد ضخامت لایه ناشی از نفوذ با افزایش دماي اتصال افزایش مییابد و ریز ساختار این منطقه آشکارا تغییر میکند. همچنین با افزایش دماي اتصال وسعت منطقه با سختی بالا افزایش یافته است و میکروسختی مناطق مختلف نفوذ تفاوت چشمگیري دارد. دماي اتصال 440 درجه سانتیگراد حداکثر استحکام کششی حدود 37 مگاپاسکال را نتیجه اتصال در لایه بین فلزي شکست ترد نشان داد
و این ژائو و همکاران در سالAl2008Mg اتصال نفوذي آلومینیم-منیزیم را بدون لایه میانی و با لایه میانی
روي بررسی کردند. افزودن لایه میانی روي به اتصال باعث بهبود استحکام اتصال گردید. فازهاي بین فلزي به شکل ذرات پراکنده و یک لایه نازك با ضخامت حدود 1 میکرومتر وجود دارند. ا ستحکام ک ش شی ات صال با استفاده از لایه میانی روي به دو برابر افزایش یافت
تقیزاده در سال 1392 در یک پژوهش تعاریف عمومی روش و پارامترهاي کلیدي و تأثیرگذار آن را ارائه داده است. سپس روشهاي مختلف جوشکاري که از فرآیند نفوذ بهره میبرند و چند ماده مهم که با این روش جوشکاري می شوند، را بیان نموده است. در ادامه روش و چگونگی جوشکاري سرامیک و نیوبیوم مورد بحث قرار گرفته و در پایان کاربردها و برخی از مزایا و معایب روش ذکر شده است
در سال 2005 توسط پنگ و همکاران خصوصیات ساختار فازي نزدیک به فصل مشترك اتصال نفوذي آلومینیم-منیزیم به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، تفرق اشعه - XRD - X و میکروسکوپ الکترونی عبوري - TEM - مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج آزمایش نشان داد که در نتیجه انجام جوشکاري نفوذي، ناحیه نفوذي آشکاري در نزدیکی فصل مشترك اتصال آلومینیم-منیزیم تشکیل شده است. ناحیه نفوذي شکل گرفته ناشی از اتصال نفوذي آلومینیم-منیزیم شامل ترکیبات بین فلزي MgAl، Mg3Al وMg2Al بود. سمت منیزیم درناحیه نفوذي اتصال بسیار شامل کریستالهاي منیزیم بود و فاز جدید ترکیبات بین فلزي Mg3Al2 تشکیل شده بود. این موضوع جهت بالا بردن استحکام ترکیبی ناحیه نفوذي لایه منیزیم مفید است.
هدف از پژوهش حاضر بررسی پارامترهاي موثر بر اتصال نفوذي آلومینیم-منیزیم است. در این تحقیق اتصال نامتجانس آلومینیم-منیزیم به روش نفوذي انجام گرفت و تأثیر میزان زمان ماند به عنوان یکی از پارامترهاي موثر در این روش اتصال، در دماي ثابت کوره بر ویژگیهاي ریزساختاري اتصال بررسی گردید.
مواد و روش تحقیق
اتصال نفوذي
در آماده سازي نمونه هاي مورد استفاده در پژوهش حاضر، بلوكهاي آلومینیم و منیزیم خالص تجاري به ابعاد 1×1×1 سانتی متر توسط وایرکات تهیه شد و در ادامه سطح مورد اتصال در فصل مشترك قطعات به وسیله سمباده 2000 صیقل گردید. سپس قطعات آلومینیم و منیزیم در تماس با یکدیگر با اعمال فشار 15 مگاپاسکال توسط کوره خلاء در دماي 450 درجه سانتیگراد در زمان هاي 20، 30 و 40 دقیقه تف جو شی شدند. لازم به ذکر ا ست که ات صال با شرایط فوق در زمان ماند 20 دقیقه انجام نپذیرفت. پس از آن، نمونههاي مت صل شده در زمانهاي 30 و 40 دقیقه که نفوذ در آنها اتفاق افتاده بود جهت انجام برر سی هاي میکروسکوپی به وسیله سمباده کاري و پولیش آمادهسازي شدند.
بررسی میکروسکوپی
آزمایشات میکروسکوپی به وسیله میکروسکوپ نوري - OM: Olympus-BX51M - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM: VEGA\\TESCAN - روي نمونه ها انجام شد. همچنین روي قطعات اتصال یافته آزمایش میکروسختی با فرو رونده ویکرز و نیروي 100 گرم و زمان اعمال نیروي 10 ثانیه انجام پذیرفت و تغییرات سختی سطح مقطع اتصال در نمودار سختی– فاصله ترسیم گردید.
