بخشی از مقاله
چکیده
آلیاژ AA6061 آلیاژي است که در ساخت قطعات سبک که نیاز به استحکام به وزن بالا و مقاومت به خوردگی خوبی دارند، به کار می رود. در این تحقیق تاثیر فرایند اصطکاکی اغتشاشی که تکنیک جدیدي براي اصلاح سازي منطقهاي و کنترل ریزساختار در لایههاي نزدیک به سطوح ترکیبات فلزي است، بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ AA6061-T6 بررسی شد.
بدین منظور فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخش ابزار معادل 800 rpm و سرعت انتقالی ابزار معادل 200 mm/min بر روي نمونههایی با ضخامت 13 mm اعمال شد و ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات بررسی گشت. نتایج این تحقیق نشان داد که اعمال این فرایند بر سطح آلیاژ AA6061 موجب کاهش اندازه دانهها از 70 µm به 12 µm و تغییر پروفیل سختی و خواص کششی در منطقه اغتشاش میگردد. علت این امر انجام تبلور مجدد دینامیکی و حل شدن رسوبات استحکام بخش در اثر اعمال فرایند میباشد.
.1 مقدمه
فرایند اصطکاکی اغتشاشی - FSP - 1 یک فرایند کارگرم محسوب می شود که براي اصلاح ریزساختار با اقتباس از فرایند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی بوجود آمدهاست. این روش تکنیکی براي اصلاح سازي منطقهاي و کنترل ریزساختار در لایههاي نزدیک به سطح ترکیبات فلزي است. در فرایند اصطکاکی اغتشاشی مطابق شکل 1 یک ابزار چرخشی غیر مصرفی با طراحی خاص در ورق فرو میرود. علاوه بر حرکت چرخشی یک حرکت در طول قطعه کار نیز دارد.گرماي موضعی توسط اصطکاك بین ابزار چرخشی و قطعه کار باعث افزایش دماي موضعی قطعه کار میشود. به گونهاي که تغییر شکل پلاستیکی به راحتی انجام شود ، که در نتیجه باعث اصلاح ریزساختار ، متراکم شدن و همگن شدن منطقه عملیات میشود.
در سطح مقطع نمونه فرایند شده چهار منطقه قابل رویت است. این چهار ناحیه عبارتند از ناحیه اغتشاش، ناحیه متاثر از حرارت و تغییر فرم، ناحیه متاثر از حرارت و فلز پایه. عمده تفاوت این چهار ناحیه ناشی از میزان تغییر شکل و دمایی است که در طی فرایند تجربه میکنند. براین اساس از نظر ریزساختار و در نتیجه خواص مکانیکی داراي تفاوت میباشند.
در ناحیه اغتشاش تغییر شکل پلاستیک شدید و حرارت حاصل از اصطکاك حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی منجر به ایجاد ریزساختار تبلور مجدد یافته ریزدانه میشود. تحت برخی شرایط فرایند اصطکاکی اغتشاشی ، ساختار حلقه پیازي در این منطقه مشاهده می شود. تشکیل این حلقه را ناشی از حرارت اصطکاکی حاصل از چرخش ابزار و اکسترود روبه جلوي فلز میتوان دانست. ناحیه متاثر از حرارت و تغییر فرم یک ناحیه انتقال بین ماده زمینه و ناحیه اغتشاش بوده که منحصر به فرایند اصطکاکی اغتشاشی است.
شکل .1 شماتیکی از چرخش و انتقال ابزار درون قطعه کار در فرایند اصطکاکی اغتشاشی.
این ناحیه دما و تغییر فرم را حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی تجربه کردهاست. اگرچه این ناحیه تغییر فرم پلاستیک را تجربه کرده است اما تبلور مجدد در این منطقه به دلیل کرنش تغییر فرم ناکافی، رخ ندادهاست. ناحیه متاثر از حرارت پس از ناحیه متاثر از حرارت و تغییر فرم قرار دارد. این ناحیه سیکل حرارتی را تجربه میکند ولی تغییر فرم پلاستیکی در آن رخ نمیدهد.
در حالی که فرایند اصطکاکی اغتشاشیداراي اثر نسبتاً کمی روي اندازه دانههاي فرعی در ناحیه متاثر از حرارت است، منجر به درشت شدن ذرات استحکام بخش میشود. فلز پایه منطقهاي است که هیچ تاثیري از فرایند نگرفته است. تشکیل مناطق بالا بستگی به رفتار جریان مواد تحت عملکرد ابزار چرخشی غیر مصرفی دارد. به هر حال رفتار جریان مواد متاثر از مقطع ابزار، ابعاد ابزار و پارامترهاي فرایند است
در آلیاژهاي گروه 6000 که از مهمترین آلیاژهاي مورد استفاده در صنایع خودروسازي و صنایع هوافضا هستند. عناصر اصلی آلیاژي این گروه منیزیم و سیلسیم هستند. عناصري نظیر مس، آهن، منگنز و کرم نیز با اهداف خاصی در مقادیر جزیی وجود دارند.[4] آلیاژ 6061 به دلیل دارا بودن استحکام نسبتاً بالا، قابلیت جوشکاري و مقاومت به خوردگی مناسب در تجهیزاتی نظیر خطوط لوله، قطارها ، قایقها و برجها بکار میرود .[7-5] در این تحقیق اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ AA6061-T6 مورد بررسی قرار گرفت.
.2 مواد و روشها
جهت انجام این تحقیق از آلیاژ کار شده آلومینیوم AA6061-T6 به شکل ورق با ضخامت 13 میلی متر استفاده شد. این ورقها ساخت شرکت Alcoa و در شرایط استاندارد ASTM قرار داشتند. ترکیب شیمیایی این ورق در جدول1 ارایه شده است. فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخشی 800 rpm و سرعت انتقالی 200mm/min انجام شد. ابزار مورد استفاده در این تحقیق داراي دو قسمت اصلی شانه و برآمدگی بود
