بخشی از مقاله
چکیده
پارامتر هایی نظیر سرعت دورانی و پیشروي ازجمله متغییر هاي مهم فرایند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی می باشند که تاثیر آنها بر خواص جوش همچنان مورد مطالعه قرار می گیرد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن مقادیر مختلفی از نسبت سرعت دورانی به سرعت پیشروي در جوشکاري آلیاژ منیزیم AZ31، نسبت 600 120 به عنوان حالت بهینه براي دستیابی به بالاترین سختی و استحکام کششی تعیین شد . با افزایش نسبت سرعت دورانی به سرعت پیشروي، در ابتدا افزایش سختی و استحکام کششی جوش مشاهده شد و در ادامه افت میزان سختی و استحکام کششی صورت گرفت. دلیل اصلی این تغییرات به تقابل میان افزایش میزان کرنش و بیشتر شدن همزمان میزان حرارت ورودي فرایند مربوط می شود که این دو عامل به صورت همزمان بر اندازه دانه هاي تبلور مجدد یافته در ناحیه اغتشاش یافته تاثیر می گذارند.
واژه هاي کلیدي: جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ منیزیم AZ31، نسبت ω، سختی، استحکام کششی
-1 مقدمه
آلیاژهاي منیزیم به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و قابلیت بازیافت مناسب، براي کاربردهاي صنعتی در زمینه هوافضا و اتومبیل سازي بسیار مورد توجه هستند5]و4،.[2 گسترش کاربرد این آلیاژها نیازمند پیشرفت فرایند هاي اتصال و جوشکاري آن ها می باشد. متاسفانه استفاده از روش هاي جوشکاري ذوبی براي اتصال آلیاژهاي منیزیم، اغلب منجر به ایجاد تخلخل در جوش شده و کاهش خواص مکانیکی اتصال را در پی دارد.[7] جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی، یک روش اتصال حالت جامد است که در سال 1991 توسط موسسه - TWI - انگلستان ابداع شد .[6] در این فرایند یک ابزار دورانی با طراحی خاص که شامل پین و شانه است به داخل یک ورق فلزي فرو برده می شود و سپس ابزار در جهت تعیین شده بر روي ورق حرکت می کند. شماتیکی از فرایند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی در شکل 1 نشان داده شده است. حرارت ایجاد شده بر اثر اصطکاك بین شانه ابزار و سطح ورق، موجب نرم شدن ماده می شود.
با ایجاد اغتشاش مکانیکی توسط پین، ماده در معرض تغییر شکل پلاستیک شدید قرار می گیرد و تبلور مجدد دینامیکی در ناحیه دکمه جوش ایجاد می شود. نتیجه فرایند، ایجاد ریزساختاري همگن همراه با دانه هاي ریز و هم محور در ناحیه اغتشاش یافته می باشد، که سبب ایجاد داکتیلیته و استحکام بالاتر می شود .[1] تاکنون تحقیقات محدودي در مورد جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهاي منیزیم انجام شده است که طی آن محققان توانسته اند ورق هاي منیزیم را به شکل موفقیت آمیزي توسط جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی به هم متصل کنند8]و.[3 با این حال مطالعات بیشتري براي بررسی اثر تغییر پارامترهاي فرایند بر خواص نهایی آلیاژهاي منیزیم نیاز می باشد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن مقادیر مختلفی از نسبت سرعت دورانی به سرعت پیشروي در جوشکاري آلیاژ منیزیم AZ31، حالت بهینه براي دستیابی به بالاترین سختی و استحکام کششی تعیین شد.
-2 روش تحقیق
پس از تهیه ورق آلیاژ منیزیم AZ31B کاملا آنیل شده با ضخامت 25 میلیمتر، نمونه هاي با ابعاد 100×55×6 میلیمتر از آن تهیه شد. ترکیب این آلیاژ با استفاده از آنالیز XRF تعیین و در جدول شماره 1 آورده شده است. با انجام آزمون کشش و سختی سنجی بر روي نمونه هایی از ماده اولیه، استحکام کششی آلیاژ 227 Mpa و میانگین سختی آن 64 ویکرز تعیین شد. نمونه ها با استفاده از ابزاري از جنس فولاد گرم کار H13 جوشکاري شدند. پین ابزار به شکل مخروط ناقص با قطر کوچک 3/5 میلیمتر، قطر بزرگ 5/5 میلیمتر و ارتفاع 5/4 میلیمتر انتخاب و قطر شانه ابزار 15 میلی متر در نظر گرفته شد. نسبت هاي مختلف سرعت دورانی به سرعت پیشروي به صورت 400⁄200، 600⁄120، 950⁄90، 1100⁄70 و 1300⁄50 انتخاب شدند.
مقایسه میان میکروساختار نمونه جوشکاري شده با سرعت و نمونه اي از ماده اولیه جوشکاري نشده، با استفاده از میکروسکوپ نوري انجام شد. نمونه ها به صورت عرضی و از ناحیه میانی 120 600 ضخامت ورق تهیه شدند. در مورد نمونه هاي تهیه شده، سمباده زنی، پولیش و اچ صورت گرفت. به منظور بررسی خواص مکانیکی قطعات جوشکاري شده، نمونههاي آزمون کشش به صورت عرضی و طبق استاندارد ASTM-E8M تهیه شدند. نرخ کرنش مورد استفاده در آزمون کشش 1 میلیمتر بر دقیقه بود. همچنین سختی نمونه هاي جوشکاري شده توسط دستگاه سختی سنجی ویکرز تعیین و با هم مقایسه شد. ریزسختی سنجی در ناحیه اغتشاش یافته و در حد فاصل سطح بالایی و پایینی نمونه هاي متالوگرافی شده انجام شد. فاصله نقاط سختی سنجی شده از هم 7 میلیمتر و مقدار و زمان اعمال بار در هر اثر به ترتیب gf 25 و 10 ثانیه بود.
-3 نتایج و بحث
شکل2 ریزساختار آلیاژ منیزیم AZ31 اولیه و ناحیه اغتشاش یافته جوش انجام شده با سرعت 600 120 را در کنار یکدیگر نشان می دهد. به منظور بررسی نحوه اثرگذاري فرایند جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی بر میکروساختار نهایی جوش، ابتدا ریزساختار فلز اولیه مورد بررسی قرار گرفت. آلیاژ منیزیم AZ31 مورد استفاده داراي دانه هایی با اندازه هاي متفاوت و جهت دار می باشد که در شکل2 - الف - نشان داده شده است. بر طبق اندازه گیري انجام شده توسط نرم افزار imageJ اندازه متوسط دانه ها حدود 44 میکرومتر محاسبه گردید. همان طور که در شکل2 - ب - مشاهده می شود، ریزساختار ناحیه اغتشاش یافته جوش به میزان قابل توجهی ریزدانه شده و اندازه متوسط دانه ها به حدود 6 میکرومتر رسیده است. در واقع به دلیل فراهم آمدن هم زمان تغییر شکل پلاستیک شدید و افزایش حرارت در دکمه جوش، زمینه براي ایجاد پدیده تبلور مجدد دینامیکی فراهم شده و به دنبال آن دانه هایی ریز و هم محور در دکمه جوش ایجاد می شود. بنابراین در صورتی که تغییر پارامترهاي جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی منجر به شدت یافتن پدیده تبلور مجدد دینامیکی شود، می تواند باعث ریزتر شدن میکرو ساختار و بهبود خواص مکانیکی جوش گردد و در صورتی که منجر به رشد دانه هاي تبلور مجدد یافته شود افت خواص مکانیکی را به دنبال دارد.
