مطالعه عددی و تجربی از بررسی تحولات ریزساختاری و مکانیکی در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی غیر هم‌جنس آلیاژهای آلومینیوم AA5083-O و AA6061-T6

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه ساخت و تولید، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، از یک مدل صلب ویسکوپلاستیک اجزاء محدود بر مبنای روش لاگرانژی و المان‌بندی مجدد برای شبیه‌سازی غیر هم‌جنس جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژهای آلومینیوم AA5083-O و AA6061-T6 استفاده شد. سپس، از ترکیب روش‌های اتوماتای سلولی (CA) و لاسرااویی جوناس (LJ) برای بررسی تحولات ریزساختاریِ مواد با توجه به شرایط ترمومکانیکی موجود در فرایند استفاده شد. در ادامه، از روش ردیابی نقطه‌ای برای بررسی الگوی جریان ماده پیرامون ابزار استفاده و نتایج با شرایط تجربی مقایسه شد که کشیدگی و حرکت مواد به سوی بخش بالایی قسمت پیشرو اتصال در اثر اغتشاش و هم‌زنی مواد مشاهده شد. بررسی تحولات ریزساختاری نشان داد که با افزایش عامل زنرهولمان (Z)، اندازه دانه کاهش می‌یابد و موجب تغییر در سختی و استحکام آلیاژهای مورد استفاده می‌شود. همچنین در آزمون مکانیکی، کاهش استحکام در بخش پیشرو اتصال موجب شد تا نمونه‌ها از همین قسمت دچار شکست مکانیکی در آزمون کشش شوند. ضمن مطالعه مشخص شد، سرعت دورانی اثر چندان زیادی بر سختی و استحکام ندارد و مکان شکست اتصالات در آزمون کشش بر نواحی با سختی کمتر منطبق است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Hatch JE., Aluminum: properties and physical metallurgy. ASM International, Ohio, pp. 100-105, 1984.
  • Shrivastava A., Krones M., Pfefferkorn FE., Comparison of energy consumption and environmental impact of friction stir welding and gas metal arc welding for aluminum, CIRP J Manuf Sci Technol., Vol. 9, pp 159–168, 2015.
  • Bodukuri AK., Eswaraiah K., Rajendar, K. Comparison of Aluminum Alloy 5083 properties on TIGW and FSW Processes. Mater Today Proc, Vol. 4, No. 9, pp 10197–10201, 2017.
  • Yu P., Wu CS., Shi L., Analysis and characterization of dynamic recrystallization and grain structure evolution in friction stir welding of aluminum plates. Acta Mater, Vol. 207, pp. 1-18, 2021.
  • Moradi MH., Jamshidi Aval H., Jamaati R., Amirkhanlou S., Ji S., Microstructure and texture evolution of friction stir welded dissimilar aluminum alloys: AA2024 and AA6061. J Manuf Process, Vol. 32, pp 1-10, 2018.  
  • Khodabakhshi F., Derazkola HA., Gerlich AP., Monte Carlo simulation of grain refinement during friction stir processing. J Mater Sci, Vol. 55, pp. 13438-13456, 2020.
  • Jacquin D., Guillemot G., A review of microstructural changes occurring during FSW in aluminium alloys and their modelling. J Mater Process Technol, Vol. 288, pp. 1-110, 2019.
  • Wu Q., Zhang Z., Precipitation-Induced Grain Growth Simulation of Friction-Stir-Welded AA6082-T6. J Mater Eng Perform, Vol. 26, No.5, pp. 2179-2189, 2017.
  • Zhang Z., Wu Q., Grujicic M., Wan ZY., Monte Carlo simulation of grain growth and welding zones in friction stir welding of AA6082-T6. J Mater Sci, Vol. 51, No.4, pp. 1882-1895, 2016.
  • Jamshidi Aval H., Serajzadeh S, Kokabi AH., Evolution of microstructures and mechanical properties in similar and dissimilar friction stir welding of AA5086 and AA6061. Mater Sci Eng A, Vol. 528, No. 28, pp. 8071-8083, 2011.
  • Nakamura T., Obikawa T., Nishizaki I., Enomoto M., Fang Z., Friction stir welding of non-heat-treatable high-strength alloy 5083-O. Metals, Vol. 8, No. 4, pp. 1-17, 2018.
  • Sharghi E., Farzadi A., Simulation of strain rate, material flow, and nugget shape during dissimilar friction stir welding of AA6061 aluminum alloy and Al-Mg2Si composite. J Alloys Compound, Vol.748, pp. 953-960, 2018.
  • زینعلی م.، خلف غ.ح، و ربیعی‌زاده ا.، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 6061 با ابزار دوکی شکل شناور. مجله مهندسی مکانیک، شماره 93، جلد 5، صفحه 83-79، 1399.
  • Salemi Golezani A., Vatankhah Barenji R., Heidarzadeh A., Pouraliakbar H., Elucidating of tool rotational speed in friction stir welding of 7020-T6 aluminum alloy. Int J Adv Manuf Technol, Vol. 81, pp. 1155-1164, 2015.
  • Moghaddam M., Parvizi R., Haddad-Sabzevar M., Davoodi A., Microstructural and mechanical properties of friction stir welded Cu-30Zn brass alloy at various feed speeds: Influence of stir bands. Mater Des, Vol. 32, No. 5, pp. 2749-2755, 2011.
  • Rakhshkhorshid., Modeling the hot deformation flow curves of API X65 pipeline steel, Int. J. Adv. Manuf. Technol, Vol. 77, pp. 203–210, 2015.
  • Tello KE., Gerlich AP., Mendez PF., Constants for hot deformation constitutive models for recent experimental data. Sci Technol Weld Join, Vol. 15, No. 3, pp. 260-266, 2010.
  • Buffa G., Hua J., Shivpuri R., Fratini L., A continuum based fem model for friction stir welding - Model development. Mater Sci Eng A, Vol. 419. Nos. 1-2, pp. 389-396, 2006.
  • Yang C., Wu C., Shi L., Phase-field modelling of dynamic recrystallization process during friction stir welding of aluminium alloys. Sci Technol Weld Join, Vol. 25, No. 4, pp. 345-358, 2020.
  • Khalkhali A., Saranjam M., Finite element simulation of microstructure evolution during friction stir welding of automotive aluminum parts. Int J Automotive Engineering, Vol. 5, No. 1, pp. 932-938, 2015.
  • Su JQ., Nelson TW., Sterling CJ., Grain refinement of aluminum alloys by friction stir processing. Philosophical Magazine, Vol. 86, No.1, pp. 1-24, 2006.
  • Liu Xiao, Li Luo-Xing, He Feng-Yi, Zhou Jia, Zhu Bi-Wu, Zhang Li-Qiang, Simulation on dynamic recrystallization behavior of AZ31 magnesium alloy using cellular automaton method coupling Laasraoui-Jonas model. Trans Nonferrous Met Soc China, Vol. 23, No.9, pp. 2692-2699, 2013.
  • Ding R., Guo ZX., Coupled quantitative simulation of microstructural evolution and plastic flow during dynamic recrystallization. Acta Mater, Vol. 49, No. 16, pp. 3163-3175 2001.
  • Chang CI., Lee CJ., Huang JC., Relationship between grain size and Zener-Holloman parameter during friction stir processing in AZ31 Mg alloys. Scripta Materialia, Vol. 51, No.6, pp. 509-514, 2004.
  • Roberts W., Ahlblom B., A nucleation criterion for dynamic recrystallization during hot working. Acta Metall Vol. 26 No.5, pp. 801-813, 1978.
  • Read WT., Shockley W., Dislocation Models of Crystal Grain Boundaries. Phys Rev, Vol. 78, No.3, pp. 275–289, 1950.
  • DEFORM-3D, V6.1 User's manual, SFC, Columbus, Ohio, USA, 2007.
  • Humphreys FJ., Hatherly M. Recrystallization and Related Annealing Phenomena. Elsevier, Oxford, 2004.
  • McNelley TR., Swaminathan S., Su JQ., Recrystallization mechanisms during friction stir welding/processing of aluminum alloys. Scripta Materialia, Vol. 58, No.5, pp. 349-354, 2008.
  • Masaki Kunitaka, Sato Yutaka S, Maeda Masakatsu, Kokawa Hiroyuki, Experimental simulation of recrystallized microstructure in friction stir welded Al alloy using a plane-strain compression test. Scripta Materialia, Vol. 58, No.5, pp. 355-360, 2008.
  • Jin H., Saimoto S., Ball M., Threadgill PL., Characterization of microstructure and texture in friction stir welded joints of 5754 and 5182 aluminium alloy sheets. Mater Sci Technol, Vol. 17, No.12, pp. 1605-1614, 2001.
  • Liu CY., Qu B., Xue P., Ma ZY., Luo K., Ma MZ., Liu RP., Fabrication of large-bulk ultrafine grained 6061 aluminum alloy by rolling and low-heat-input friction stir welding. J Mater Sci Technol, Vol. 34, No. 1, pp. 112-118, 2018.
  • Liu FC., Ma ZY., Influence of tool dimension and welding parameters on microstructure and mechanical properties of friction-stir-welded 6061-T651 aluminum alloy. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, Vol. 39, No.10, pp. 2378-2388, 2008.
  • Ozan, S., Effect of friction stir welding on the microstructure and mechanical properties of AA 6063-T6 aluminum alloy. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Vol. 51, No. 8, pp. 1100-1119, 2020.
  • Mao Y., Ke L., Chen Y., Liu F, Xing L., Improving local and global mechanical properties of friction stir welded thick AA7075-T6 joints by optimizing pin-tip profile. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 88, Nos. 5-8, pp. 1863-1875, 2017.
  • Tjong SC., Chen Haydn, Nanocrystalline materials and coatings. Mater Sci Eng R Reports, Vol. 45, Nos. 1-2, pp. 1-88, 2004.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 53، شماره 1 - شماره پیاپی 102
اردیبهشت 1402
صفحه 121-130

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار