۲۲۴۰۲پ
per
تحولات ریزساختاری آلیاژ منیزیم AZ۹۱ در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با امواج فراصوت
Microstructural evolution of AZ۹۱ Mg alloy in ultrasonic assisted friction stir welding
/فراز برادرانی
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۸
، افشاری
۱۳۴ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
ساخت و تولید
۱۳۹۸/۰۹/۱۷
تبریز
در سالهای اخیر آلیاژهای منیزیم به علت داشتن خصوصیات مکانیکی منحصربفرد از جمله چگالی پایین، استحکام ویژه بالا و مقاومت به خوردگی و خزش نسبتا بالا، مورد توجه صنایع مختلف از جمله صنایع نظامی، هوا فضا و حمل و نقل قرار گرفته‌اند .لذا با توجه به کاربرد گسترده و روزافزون این آلیاژ در صنعت، ارائه روش جوشکاری مناسب برای آن از اهمیت ویژه‌صای برخوردار است .جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) به عنوان جایگزین مناسبی برای روش‌های متداول جوشکاری ذوبی در اتصال ورق‌ها و به ویژه در جوشکاری آلیاژهای منیزیم و آلومینیم معرفی شده است .در سالهای اخیر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با امواج التراسونیک (UaFSW) برای بهبود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مطرح شده است، با این حال مکانیسم تشکیل ریزساختار در این روش جوشکاری به طور جامع مورد بررسی قرار نگرفته است .در این رساله تحولات ریزساختاری و تاثیر آن روی خوردگی و خواص مکانیکی این آلیاژ در جوشکاری FSW و UaFSW به صورت مقایسه‌ای، مورد مطالعه قرارگرفته است .با توجه به اینکه برای بررسی تأثیر یک پارامتر خاص بایستی بقیه پارامترهای جوشکاری ثابت باشد، جوشکاری FSW و UaFSW در شرایط یکسان با سرعت جوشکاری mm/min ۴۰ و سرعت دورانی rpm ۱۴۰۰بر روی نمونه‌ها انجام شد .برای بررسی تحولات ریزساختاری و بافت تشکیل شده پس از جوشکاری، از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز پراش الکترون‌های برگشتی (EBSD) استفاده شد و برای بررسی خواص مکانیکی آزمون‌های سختی سنجی و کشش تک محوره روی نمونه‌ها انجام شد .مطالعه مقاومت در برابر خوردگی نمونه‌های جوشکاری شده و فلز پایه به دو روش پتانسیل مدار باز و پلاریزاسیون مورد بررسی قرار گرفت .نتایج حاصل از میکروسکوپ نوری نشان داد که در هر دو فرآیند FSW و UaFSW سه ناحیه متمایز ریزساختاری فلز پایه(BM) ، ناحیه متأثر از عملیات ترمومکانیکی (TMAZ) و ناحیه اغتشاشی (SZ) تشکیل شده است ولی جوشهای UaFSW ساختار ریزدانه‌تری داشتند به طوریکه اندازه دانه از ۸۰ mدر فلز پایه به ۴ mدر جوش FSW و ۸/۱ mدر جوش UaFSW کاهش یافته است که مربوط به افزایش کار مکانیکی ناشی از امواج التراسونیک در ناحیه جوشکاری می باشد .نتایج بررسی‌های میکروسکوپ الکترونی بیانگر توزیع بهتر رسوبات در استفاده از انرژی التراسونیک حین جوشکاری است .در بررسی‌های مرزدانه‌ای به کمک EBSD مشخص گردید در TMAZ جوشهای FSW و UaFSW به ترتیب، حدودا ۴۵ و ۵۵ درصد مرزهای کوچک زاویه به هنگام وقوع بازیابی دینامیکی تشکیل شده است .در ناحیه اغتشاشی به علت وقوع تغییر شکل پلاستیک شدید در دمای بالا، ساختاری ریزدانه و هم‌محور با فراوانی زیاد از مرزهای بزرگ زاویه ایجاد شده است که در اثر وقوع تبلور مجدد دینامیکی حاصل شده است .افزایش تدریجی زاویه ناهمسویی از مرکز دانه‌های تغییر شکل یافته به سمت مرزدانه‌ها در ناحیه TMAZنشان دهنده وقوع تبلور مجدد دینامیکی پیوسته در شکل گیری دانه های جدید است .حضور مرزهای بزرگ زاویه و همچنین حضور بافت برشی ساده در ناحیه اغتشاشی هر دو نوع جوش نشان دهنده نقش اساسی وقوع تبلور مجدد دینامیکی پیوسته در شکل‌گیری دانه‌های جدید است .با توجه به آزمون‌های انجام شده، مشخص گردید به دلیل ریزدانگی و پخش همگن رسوبات در ناحیه اغتشاشی، بیشترین سختی و استحکام کششی مربوط به نمونه جوش UaFSW بدست آمد به‌طوری‌که متوسط استحکام نهایی در این روش MPa ۲۲۵و متوسط سختی HV ۸۹اندازه‌صگیری شد که در مقایسه با جوش FSW به ترتیب ۱۶ و ۱۰ درصد افزایش یافته است .نتایج آزمون‌های خوردگی بیانگر افزایش مقاومت به خوردگی در جوشهای اصطکاکی اغتشاشی است .جریان خوردگی در فلز پایه ۸۲/۶ اندازه‌صگیری شد که در جوش FSW به ۴۲/۳ و جوش UaFSW به ۰۹/۲ کاهش پیدا کرده است لذا بیشترین مقاومت به خوردگی مربوط به جوش UaFSW بدست آمده است .با توجه به نتایج آزمون آنالیز شیمیایی (EDS) مقدار آلومینیوم حل‌شده در فاز - Mgجوش FSWتقریبا ۴/۶ و در جوش UaFSW تقریبا ۷/۷ درصد بدست آمد که بسیار بیشتر از مقدار آن برای فلز پایه است و عاملی برای افزایش مقاومت به خوردگی است
In recent years Magnesium alloys were received great attention in different industries such as military, aerospace and transportation. It may attributed to the unique characterizations include high specific strength, low density, suitable corrosion and creep resistance. Considering the wide spread and increasing application of the Mg alloys, a suitable welding method is essential. Friction stir welding (FSW) was proposed as a suitable substitution of conventional fusion welding in joining of Magnesium plates. Recently, ultrasonic assisted friction stir welding (UaFSW) was proposed to improve the FSW welds however the microstructure development in this method was not studied precisely. In this research the microstructure evolution and its influence on mechanical properties and corrosion resistance after FSW and UaFSW were comparatively studied. During the investigating of a parameter, other parameters should keep constant. Therefore, The FSW and UaFSW conducted to the AZ91 Mg plates with rotational speed of 1400 rpm and traverse speed of 40 mm/min. In order to study the microstructure evolution and texture after welding, optical microscopy and electron back scattered diffraction microscopy were applied. The mechanical properties evaluated by tensile and hardness test. In addition that open circuit potential and potentiodynamic polarization was applied to investigate the corrosion behavior of the welds. The optical microscopy results revealed that in both welds three FSW typical welding areas including base material, thermomechanically affected zone and stir zone were observed. Using ultrasonic vibrations in FSW, finer grain structure and better distribution of precipitates were obtained. The grain size from 80 m in BM reduced to 4 m in FSW and 1.8 m in UaFSW welds respectively. The EBSD studies of grain boundaries obvious that, during dynamic recrystallization the large amount of low angle boundaries in the TMAZ of both welds was formed includes 45 and 55 for FSW and UaFSW weld respectively. In the stir zone, due to sever plastic deformation, fine and equiaxial grain structure with large amount of high angle boundaries were obtained. The incensement of misordination angle from center of the deformed grains to the grain boundaries in the TMAZ area accompanied with simple shear texture in the SZ of both welds indicate that continues dynamic recrystallization has the critical role in formation of new grains. The best tensile properties and hardness assigned to the UaFSW specimen due to finer structure and better distribution of precipitates in a way that average value of ultimate tensile strength and hardness is 225 MPa and 89 HV respectively which was increased 16 and 10 respectively in comparison with base metal. The corrosion evaluation tests revealed the corrosion resistance increased in FSW welds but higher corrosion result devoted to UaFSW specimen. The corrosion current for BM obtained 6.82 while it was 3.42 and 2.09 in FSW and UaFSW specimens respectively. Considering the EDX chemical analysis results, it was determined that, the content of resolved Al in -Mg at UaFSW specimen was much higher than base metal hence corrosion resistance was increased
Microstructural evolution of AZ۹۱ Mg alloy in ultrasonic assisted friction stir welding
برادرانی، فراز
Baradarani , Faraz
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
