بررسی تأثیر خنک کاری‌های مختلف در فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم 7075

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، ایران

چکیده

فرایند اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند حالت جامد است که پارامترهای مختلفی برروی آن تأثیر می­گذارند. آلیاژ آلومینیم 7075 یکی از آلیاژهای استحکام بالای آلومینیم می­باشد. فرایند مذکور توسط پین رزوه­دار به قطر 8 میلی­متر، طول 5 میلی­متر و قطر شانه برابر 18 میلی­متر انجام شد. به منظور بررسی اثر دما در این فرایند، حالت­هایی در هوا مشابه موارد انجام شده در زیر آب نیز در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که فرایند اصطکاکی اغتشاشی در آب و هوا می­تواند مقاومت کششی و ازدیاد طول نمونه­ها را افزایش دهد. در حالت زیر آب در بهترین حالت، افزایش مقاومت کششی در حدود 85/14 درصد و ازدیاد طول نیز 57/128 درصد نسبت به نمونه اولیه مشاهده گردید. در مورد نمونه­هایی که در هوا تولید شدند افزایش مقاومت کششی حدود 71/11 درصد و همچنین ازدیاد طول 1/138 درصد نسبت به حالت نمونه اولیه مشاهده شد. مقدار سختی ویکرز نمونه­ها نسبت به نمونه اولیه در اکثر موارد افزایش پیدا کرده بود. نمونه­های بدست آمده پس از انجام فرایند در زیر آب نتایج بهتری نسبت به نمونه­های انجام شده در هوا نشان دادند. پس از بررسی­های انجام شده  می­توان گفت که انجام فرایند در زیر آب، باعث می­شود دمای بیشینه نسبت به هوا حدود 60 درصد کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Hashemi R., and Hussain G., Wear performance of Al/TiN dispersion strengthened surface composite produced through friction stir process: A comparison of tool geometries and number of passes. Wear, vol. 324, No. 1, pp. 45-54, 2015.
[2]  Thomas E.D.N.W.M., Needham J.C., Murch M.G., Templesmith P., and Dawes GB., International Patent Application No. PCT/GB92/02203 , 1991.
[3]  Ma Z.Y., Mishra R.S., Mahoney M.W., and Grimes R., Effect of friction stir processing on the kinetics of superplastic deformation in an Al-Mg-Zr alloy, Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 36, no. 6, pp. 1447-1458, 2005.
[4]  Mishra RS., Ma ZY., and Charit I., Friction stir processing: a novel technique for fabrication of surface composite, Materials Science and Engineering A, vol. 341, pp. 307-310, 2003.
[5]  Mehranfar M., and Dehghan K., Producing Nanostructured Super-Austenitic Steels by friction stir processing, Materials Science and Engineering A, 2011.
[6]  Mishra R.S., and Ma Z.Y., Friction stir welding and processing, Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 50, no. 1–2, pp. 1-78, 2005.
[7]  Toumpis A., Galloway A., Cater S., and McPherson N., Development of a process envelope for friction stir welding of DH36 steel – A step change, Materials & Design, vol. 62, pp. 64-75, 2014.
[8]  Douglas H., and Kennesh V., Submerged friction stir processing (SFSP): an improved method for creating ultra fine grained bulk materials, Mater Sci Eng A, vol. 402, pp. 234-241, 2005.
[9]  Sharma C., Dwivedi D. K., and Kumar P., Influence of in-process cooling on tensile behaviour of friction stir welded joints of AA7039, Materials Science & Engineering A, vol. 556, pp. 479-487, 2012.
[10]             Xu N., Ueji R., and Fujii H., Enhanced mechanical properties of 70/30 brass joint by rapid cooling friction stir welding, Materials Science & Engineering A, vol. 610, pp. 132-138, 2014.
[11]             Zhang Z., Xiao B.L., and Ma Z. Y., Influence of water cooling on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 2014Al-T6 joints, Materials Science & Engineering A, vol. 614, pp. 6-15, 2014.
[12]          ثابت ح.، صادقی م.، محمدی‌خواه م.، میرزامحمد ن. و خلیلی م.، اثر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی زیر آب (UFSW) بر ریزساختار و ویژگی‌های مکانیکی جوش آلیاژ آلومینیوم 4343. مجله علمی - پژوهشیمواد نوین، د. 2، ش. 5، ص. 83-96، 1390.
[13]             Xua W.F., Liua J.H., Chenb D.L., Luanc G.H., and Yaod J. S., Improvements of strength and ductility in aluminum alloy joints via rapid cooling during friction stir welding, Materials Science and Engineering A, vol. 548, pp. 89-98, 2012.
[14]             Sarukada D., Katoh K., and Toskisue H., Under Water Friction Welding of 6061 Aluminum alloy, Japan Institute of Light Metals, vol. 52, no. 1, pp. 42-53, 2002.
[15]             Benavides S., Li Y., Murr L. E., Brown D., and McClure J.C., Low-temperature friction-stir welding of 2024 aluminum, Scripta Materialia, vol. 41, no. 8, pp. 809-815, 1999.
[16]             Fratini L., Buffa G., and Shivpuri R., In-process heat treatments to improve FS-welded butt joints, Int J Adv. Manuf Technol vol. 43, pp. 664-670, 2009.
[17]             Aydin H., Bayram A., Uguz A., and Akay K.S., Tensile Properties of Friction Stir Welded Joints of 2024 Aluminum Alloys in Different State, Materials Design, vol. 86, pp. 326-331, 2008.
[18]             Orozco-Caballero A., Hidalgo-Manrique P., Cepeda-Jiménez C.M., Rey P., Verdera D., Ruano O.A., and Carreño F., Strategy for severe friction stir processing to obtain acute grain refinement of an Al–Zn–Mg–Cu alloy in three initial precipitation states, Materials Characterization, vol. 112, pp. 197-205, 2016.
[19]              Ma Z.Y, Mishra R.S, and Mahoney M.W, Superplastic deformation behaviour of friction stir processed 7075Al alloy, Acta Materialia, vol. 50, no. 17, pp. 4419-4430,  2002.
[20]          غلامی س.، عمادالدین ا.، کاظمی نژاد م. و تجلی م.، بررسی ریزساختار و خواص آلیاژ آلومینیوم 7075 تحت فرایند اصطکاکی اغتشاشی. پنجمین کنفرانس شکل­دهی فلزات و مواد ایران، تهران، ایران، 1390.
[21]             Cavaliere P., and Squillace A., High temperature deformation of friction stir processed 7075 aluminium alloy, Materials Characterization, vol. 55, no. 2, pp. 136-142,  2005.
[22]             Hofmann D. C., and Vecchio K. S., Thermal history analysis of friction stir processed and submerged friction stir processed aluminum, Mater Sci Eng A, vol. 465, pp. 165–175, 2007.
[23]             Darras B., and Kishta E., Submerged friction stir processing of AZ31 Magnesium alloy, Materials and Design, vol. 47, pp. 133-137, 2013.
[24]             Rana H.G., Badheka V.J., Kumar A., Fabrication of Al7075 / B4C Surface Composite by Novel Friction Stir Processing (FSP) and Investigation on Wear Properties, Procedia Technology, vol. 23, pp. 519-528, 2016.
[25]             Woong Lim H.K.K., Design and development of a miniaturised tensile testing machine, Global journal of engineering education, vol. 15, no. 1, 2013.
[26]             Sree Sabari S., Malarvizhi S., Balasubramanian V., and Madusudhan Reddy G., Experimental and numerical investigation on under-water friction stir welding of armour grade AA2519-T87 aluminium alloy, Defence Technology, vol. 12, no. 4, pp. 324-333, 2016.
[27]             Mroczka K., and Pietras A., FSW characterization of 6082 aluminum alloys sheets, Archives of Mater. Sci Eng A, vol. 40, no. 104-109, 2009.
[28]             Mofid M.A., Abdollah-zadeh A., And Ghaini F.M., The effect of water cooling during dissimilar friction stir welding of Al alloy to Mg alloy, Materials and Design, vol. 36, pp. 161-167, 2012.
[29]           نوروزی س.،  شاکری م. و کریمی ن.، “مقایسه ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ آلومینیم به روش اصطکاکی اغتشاشی در هوا و زیرآب,” مهندسی مکانیک مدرس، د 13، ش 3، ص. 146-152، 1392.
[30]             Jae-Hyung C., Sang HH., and Chang GL,. Cooling effect on microstructure and mechanical properties during friction stir welding of Al-Mg-Si aluminum alloys, Materials Letters, vol. 18, pp. 157-161, 2016
[31]             Yadav D.,  and Bauri R., Effect of friction stir processing on microstructure and mechanical properties of aluminium, Materials Science and Engineering: A, vol. 539, pp. 85-92, 2012.
[32]          عبدالهی ع. و علیزاده ع.، تولید نانوکامپوزیت دو جزیی فوق مستحکم زمینه آلومینیومی به روش آلیاژسازی مکانیکی و اکستروژن داغ و بررسی خواص مکانیکی آن. مجله مواد نوین، د. 4، ش. 1، ص. 83-98، 1392.
[33]             Rajakumar S., Muralidharan C., and  Balasubramanian V., Influence of friction stir welding process and tool parameters on strengthproperties of AA7075‐T6 aluminium alloy joints, Material and Design, vol. 32, pp. 535-549, 2011.
[34]             Xue P., Xiao B.L., Zhang Q.,  and Ma. Z.Y, “Achieving friction stir welded pure copper joints with nearly equal strength to the parent metal via additional rapid cooling,” Scripta Materialia, vol. 64, no. 11, pp. 1051-1054, 2011.
[35]             Liu H.J., Zhang H.J., Huang Y.X.,. and Lei Y.U, Mechanical Properties of Underwater Friction Stir Welded 2219 Aluminum alloy, Transactions Nonferrous Metals Society China, vol. 20, pp. 1387-1391, 2010.
[36]             Liu H.J., Zhang H.J., and Yu L., Effect of welding speed on microstructures and mechanical properties of underwater friction stir welded 2219 aluminum alloy, Materials and Design, vol. 32, no. 3, pp. 1548-1553, 2011.
[37]             Zhang H.J., Liu H.J., and Yu L., Microstructure and mechanical properties as a function of rotation speed in underwater friction stir welded aluminum alloy joints, Material and Design, vol. 32, no. 8-9, pp. 4402-4407, 2011.
[38]             Jae-Hyung C., Sang H.H., and Chang G.L., Cooling effect on microstructure and mechanical properties during friction stir welding of Al-Mg-Si aluminum alloys, Materials Letters, vol. 18, pp. 157-161, 2016.
[39]          لطفی ا. و  نوروزی س.، بررسی خواص متالورژیکی و مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با بکارگیری طراحی آزمایش به شیوه ترکیب مرکزی. مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 14، ش. 3، ص. 17-26، 1393.
[40]             McNelley T.R., Swaminathan S., and Su J.Q., Recrystallisation Mechanisms during Friction Stir Welding/Processing of Aluminum Alloys, Scripta Materialia, vol. 58, pp. 349-354, 2008.
[41]             Hertzberg R.W., Vinci R.P., and Hertzberg J.L., Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, Controlling Strength, p. 784: John Wiley & Sons, 2012.
[42]             Kang S.H., Chung H-S., Han H.N., Oh K.H., Lee C.G., and Kim S-J., Relationship between formability and microstructure of Al alloy sheet locally modified by friction stir processing, Scripta Materialia, Vol. 57, no.1, pp. 17-20, 2007.
[43]             Gholami E.E.S., Tajally M., and Borhani E., Friction stir processing of 7075 Al alloy and subsequent aging treatment, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 25, no. 9, pp. 2847-2855, 2015.