بخشی از مقاله
چکیده
جوش حالت جامد به روش جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی فرآیند جدیدي می باشد که داراي بازده بالا و بدون ضرر براي محیط زیست می باشد . جوش حالت جامد - FSW - به عنوان اختراعی مهم در جوش فلزات در یک دهه اخیر در نظر گرفته شده است .اخیرا فرآیند فرآوري اصطکاکی اغتشاشی - FSP - براي بهسازي زیرساختاري مواد فلزي ابداع شده است که بر اصول روش جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی بنا گشته با این تفاوت که در این فرایند جوشکاري در میان نیست و ابزار غیر مصرفی به درون قطعه رفته و دو ماده را مخلوط کرده وبا تولید کامپوزیت پایه فلزي - , - MMC خواص بهینه اي نسبت به فلز پایه حاصل می گردد .
در این مقاله از ورق هاي Al5083 استفاده شده و کامپوزیت Tio2/Al5083 را به وسیله ریختن پودر فلزي Tio2 به درون ورق ها و استفاده از ابزارهاي مختلف براي ایجاد کامپوزیت و مخلوط کردن پودر استفاده کرده ایم و بعد خواص مکانیکی کامپوزیت به وجود آمده را بررسی و با فلز پایه مقایسه کردیم .نتایج حاصل حاکی از آن است که خواص بسیار مطلوبی به دست آمده و سخت سازي سطح و ریز دانه کردن فولاد مذکور که مد نظر بوده کاملا به دست آمده است .
1 مقدمه
جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی - Friction stir welding - که اختصارا به آن FSW گفته می شود . روش نوینی جهت جوشکاري آلیاژهاي فلزي می باشد . این روش جوشکاري در سال 1991 توسط انستیتوي جوش انگلستان - TWI - به صنعت معرفی گردیده است . [1] مهمترین مزیت این فرآیند ، جوشکاري در حالت جامد بوده که سبب جلوگیري از بروز عیوب رایج در جوشکاري ذوبی می شود . فرآیند فرآوري اصطکاکی اغتشاشی - Friction Stir Processing - که جدیدا ابداع شده , [2] یک روش اغتشاش ماده می باشد ,[3] که بر اصول فرآیند جوشکاري اصطکاکی استوار است [4-9] ,اما در فرآیند مذکور که در این مقاله نیز از آن استفاده شده است ، دو ورق فلز بر هم جوش نمی خورند بلکه خواص سطح و درون ورق هاي فلزي به وسیله پودر فلزي سخت که قابلیت ترکیب با فلز پایه را ندارد مخلوط شده و پس از گذشت زمان و سرد شدن تولید کامپوزیتی می کند که داراي خواص بهینه شده بسیار خوبی می باشد.
این فرایند حالت جامد می تواند باعث کاهش تخلخل هیدروژنی که در هنگام تولید آلیاژها ممکن است بوجود بیایند گردد و از این جهت هم براي رفع این عیوب مفید واقع می شوند و همچنین بر بقیه روشهاي تولید کامپوزیت هاي پایه فلزي برتري محسوسی دارند .همچنین دانه هاي ریز و همگن نیز می توانند حاصل گردند . [10-12] در این فرآیند از یک ابزار غیرمصرفی استفاده می شود که با دارا بودن حرکت دورانی و پیشروي مناسب ، وارد درز پر شده از پودر فلز شده و بدون ذوب ماده موجب اختلاط مواد می شود . شکل 1 تصویرکلی از این فرآیند را به همراه نواحی متفاوت در فرایند نشان می دهد .
شکل -1نمایی کلی از فرایند FSP
ابزار مورد استفاده در فرآیند فرآوري اصطکاکی اغتشاشی از دو قسمت اصلی پین و شانه تشکیل شده است . پین ابزار وظیفه ي ایجاد حرارت اصطکاکی و کرنش هاي پلاستیک در اثر دوران ابزار و سپس اکستروژن و تلاطم ماده از جلوي پین به پشت آن در اثر تلفیق حرکت دورانی و پیشروي ابزار را دارد . بنابراین در این قسمت از ابزار می توان با تعیین ماده مناسب براي پین از سایش آن جلوگیري نمود و بر عمر ابزار افزود و با طراحی پارامترهاي مناسب براي پین ، میزان اصطکاك و نحوه اکستروژن مواد پلاستیک شده در اثر حرارت را کنترل نمود.
مهم ترین نقشی که شانه ابزار بر عهده داشته ، تمرکز حرارت اصطکاکی به وسیله جلوگیري از فرار و دور شدن ماده پلاستیک شده از ناحیه متلاطم شده می باشد و طی این پروسه ، پودري که در طول خط حرکت پین ریخته شده است با ماده پلاستیک شده مخلوط شده و در صورت بهینه کردن پارامترها ، به صورت کاملا همگن درون ماده مخلوط شده وکامپوزیت مذکور را به وجود می آورد .لازم به ذکر است که دماي ایجاد شده در این فرآیند حداکثر به 80% دماي ذوب فلز پایه - 0.8 TM - خواهد رسید . با توجه به اهمیت تأثیر ابزار لازم است جنس ابزار طوري در نظر گرفته شود که توانایی تحمل دماهاي بالا را داشته باشد,
2 آزمایشات عملی
در این مقاله براي فلز پایه آلیاژ Al5083 انتخاب شده است که درجدول 1 مشخصات و ترکیبات آن را می بینید . ورق هاي به ضخامت 6mm را انتخاب کرده ایم و ابتدا بر روي ورق ها شیاري به عمق 2mm و عرض 1mm به وسیله یک یک ابزار چرخان شیار زن ایجاد کرده ایم . همان طور که گفته شد, ابزار فرآیند فرآوري اصطکاکی اغتشائی داراي یک پین و شانه است که در این مقاله قطر پین 3 و قطر شانه11/5 می باشد که از پارامترهاي مهم می باشند .
شکل -2پارامترهاي ابعادي ابزار FSP
همچنین جنس ابزار در این فرآیند بسیار مهم است زیرا انتخاب جنس مناسب براي ابزار موجب کاهش ساییدگی و افزایش عمر ابزار می شود ، ضمنا اساسا ساختارکامپوزیتی مناسب زمانی حاصل می گردد که سایش ابزار ایجاد نگردد . در این مقاله ابزار ما از جنس تنگشن کار باید یک تکه انتخاب شده است . لازم به ذکر است که در فرآیند فرآوردي اصطکاکی اغتشاشی به دو ابزار نیازمندیم ، یک ابزار بدون پین و یک ابزار داراي پین که ابزار بدون پین کاملا مشابه ابزار اصلی است با این تفاوت که پین ندارد .
