بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، تأثیر افزودن پودر کروم بر ریزساختار و سختی موضع اتصال FSSW آلومینیوم 1100 مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور مقدار 0.03 grپودر Cr با اندازه ذرات 10ʽm به موضع اتصال نقطهای آلومینومی افزوده و تحت فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای - FSSW - با سرعت 2500 rpm/min و مدت 5 ثانیه پس از مماس شدن شانه ابزار با صفحه آلومینیوم واقع شد .
تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه FSSW شده با پودر کروم و نمونه FSSW شده بدون پودر کروم نشان داد که حضور ذرات کروم موجب کاهش اندازه دانه از 20 5 m به 10 3 m در ناحیه اغتشاش - SZ - شد. همچنین بررسی آنالیز شیمیایی نقطهای و خطی موضع اتصال نشان دهنده سنتز درجای Al-Cr و تشکیل ترکیبات بین فلزی از قبیل Al13Cr2 حین فرایند FSSW بود.
مقدار سختی در مرکز اتصال برای نمونه FSSW شده بدون پودر Cr و نمونه تقویت شده با پودر Cr به ترتیب60 0.5 HV و 140 0.5 HV حاصل شد که این افزایش سختی به دلیل کاهش اندازه دانه در SZ و همچنین تشکیل رسوبات غنی از Al و Cr از قبیل Al13Cr2 در موضع اتصال بود.
.1مقدمه
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند اتصالدهی حالت جامد است که برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم استفاده میشود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در سال 1991 میلادی توسط مؤسسه جوش انگلستان اختراع و در ادامه تکنیک جوشکاری نقطهای اصطکاکی اغتشاشی توسط شرکت مزدا در سال 2004 توسعه یافت. در این روش ابزار چرخان غیر مصرفی با با هندسه مشخص در موضع داخل وارد و چرخش ابزار موجب ایجاد حرارت در ابزار میشود.
گرم شدن موضعی، مادهی اطراف پین را نرم و با حرکت چرخشی پیشروندهی ابزار، ماده از جلو به عقب پین فشرده میشود. در این فرایند اتصال در حالت جامد ایجاد میشود.
بوتزی و همکاران [5] اثر پارامترهای فرایند جوشکاری نقطهای اصطکاکی اغتشاشی را بر روی خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 5182 مورد بررسی قرار دادند. آنها مشاهده کردند که با افزایش سرعت چرخشی FSSW، اندازه دانه در منطقه اغتشاش ریزتر و وسعت این ناحیه بیشتر شده که باعث افزایش استحکام و سختی ناحیه جوش میشود. همچنین بررسی آنها در مورد عمق نفود پین نیز نشان داد هرچه عمق نفوذ پین افزایش یابد استحکام ناحیه اغتشاش یافته افزایش خواهد یافت.
بر اساس نتایج پژوهش مرزوق و همکاران[6] افزایش سرعت چرخشی در حین فرایند FSSW در یک زمان مشخص علاوه بر ریزدانه کردن ناحیه اغتشاش و افزایش خواص مکانیکی باعث افزایش دمای ناحیه جوش میشود. با این حال مشکل اصلی روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای بر جای ماندن حفره ناشی از پین است که باعث کاهش خواص مکانیکی اتصال میشود. به همین منظور ایده سنتز درجای یک فاز سخت در ناحیه جوش و ایجاد یک کامپوزیت زمینه فلزی در آن ناحیه، جهت افزایش سختی ناحیه جوش در حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی نقطهای پیشنهاد شد.
در همین راستا شهسوار فرد و همکاران[7] با اضافه کردن پودر نیکل و آلومینیوم و ایجاد سنتز درجا در منطقه جوش حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطهای سختی این ناحیه را افزایش دادند. نتایج آنالیز میکروسکوپ روبشی الکترونی آنها نشان داد Al3Ni تنها ذرات حاصل از سنتز پودر نیکل و آلومینیوم بود که پخش این ذرات به صورت یکنواخت در ناحیه جوش، باعث افزایش سختی شد.
انوری و همکاران[8] برای تهیه کامپوزیت چند لایهای خود ابتدا پودر اکسید کروم را با استفاده فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری بر سطح ورق آلیاژ Al6061 پوشش داده و سپس با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی، شرایط مخلوط شدن پوشش و زیرلایه و انجام واکنش را فراهم نمودند.
نکته قابل توجه در این پژوهش تشکیل Al13Cr2 به عنوان اولین ترکیب بین فلزی بود که باعث افزایش 1/5 برابری سختی نمونه نانوکامپوزیت شد. نظر به مشکل باقی ماندن حفره در موضع اتصال جوش نقطهای FSSW و هزینههای زیاد همراه با جوشکاری FSSW با قابلیت پر شدن بعدی، در این تحقیق به منظور بررسی اثر کروم بر ریزساختار و سختی در نقطه جوشهای ایجاد شده توسط فرایند FSSW از کامپوزیتسازی درجای Al-Cr به دلیل استفاده کمتر از کروم در تحقیقات گذشته، در موضع اتصال نقطهای صفحات آلومینیومی استفاده شد.
.2 مواد و روش تحقیق
در تحقیق حاضر از ورقهای آلیاژ آلومینیوم 1100 با ضخامت 2mm و ترکیب شیمیایی اسمی Al-0.04%Fe-0.08%Cr - wt% - به عنوان زمینه استفاده شد. پودر کروم با اندازه متوسط ذرات 10 m به عنوان ذرات ایجاد کننده ترکیبات بین فلزی جهت افزایش استحکام و سختی موضع اتصال انتخاب گردید. جهت آماده سازی نمونههای مورد استفاده در فرایند اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای، ورق آلومینیوم به ابعاد 25 ×100mm برش زده و در برخی صفحات سوراخی با قطر 2 mm در سرتا سر ضخامت به منظور واقع شدن پودر کروم ایجاد شد. تمیزکاری سطحی بلافاصله قبل از جوشکاری انجام شد و صفحات مطابق شکل 1 مونتاژ شدند.
انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی نقطهای - - FSSW توسط دستگاه فرز و با استفاده از ابزار با قطر شانه 18 mm متشکل از پینی مخروط ناقص با قطر کوچک، قطر بزرگ و ارتفاع به ترتیب 4 mm، 6 mm و 2.5 mm انجام شد. FSSW با سرعت چرخشی 2500 دور بر دقیقه و مدت زمان 5 ثانیه پس از مماس شدن شانه ابزار با صفحه آلومینیوم انجام گرفت.
نمونههای مورد نظر جهت بررسی ریزساختاری از مقطع عرضی موضع اتصال برش و پس از آماده سازی، نمونه ها مطابق با اصول استاندارد متالوگرافی در محلول شامل 10 میلی لیتر اسید پرکلریک و 90 میلی لیتر اتانول تحت ولتاژ 25 ولت و زمان 60 ثانیه مورد الکتروپولیش واقع شدند. در نهایت عملیات اچ توسط محلول کلر 10 - میلی لیتر HF، 10میلی لیتر HNO3، 30میلی لیتر HCL، 50 میلی لیتر - H2O بر روی نمونه ها انجام شد.
مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری Olympus مدل PMG3 و میکروسکوپ الکترونی روبشی LEO1450VP مجهز به آنالیزگر EDS خطی و نقطهای انجام گرفت. مقادیر سختی در جهت عرضی - عمود بر مسیر فرایند - به کمک دستگاه ریزسختی سنجی ویکرز اندازه گیری شد. بار اعمالی به نمونه 100 gr، مدت زمان اعمال بار 10 ثانیه و فواصل بین نقاط اندازهگیری 1 میلی متر در نظر گرفته شد.
شکل .1 شماتیک طرح اتصال الف.نمای روبرو ب.نمای فوقانی.
