ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلومینا-آلومینیوم ۶۰۶۱ به روش جوشکاری اصطکاکی
چکیده
مطالعۀ نحوۀ اتصال در قطعاتی که در آنها از روش جوشکاری اصطکاکی برای پیوند سرامیک-آلیاژ فلزی بهره گرفته شده است، برای درک کیفیت اتصال بین دو مادۀ ناهمجنس ضروری است. در پژوهش حاضر، از میکروسکوپهای نوری و الکترونی و همچنین اندازهگیری ریزسختی و تست استحکام خمش چهار نقطهای استفاده گردید تا کیفیت اتصال آلومینا با آلیاژ آلومینیوم6061 که به روش جوشکاری اصطکاکی ساخته شده بود، مورد ارزیابی قرار گیرد. اتصالات همچنین با استفاده از روش پراش انرژی اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند تا فازهای مختلف ماده که در طی فرآیند جوش تشکیل شدهاند مشخص گردند. نمونه اتصالات آلومینا-آلومینیوم6061 که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفتند، با سرعتهای دورانی مختلف اما با ثابت نگاه داشتن فشار اصطکاک و زمان اصطکاک ساخته شدهاند. نتایج تجربی نشان دادند که تأثیر سرعت دوران و میزان تغییر شکل صورت گرفته بر روی قسمت آلومینیومی بسیار بیشتر نمایان میشود تا قسمت آلومینایی. همچنین مشخص شد که منطقۀ اتصال متشکل از سه ناحیۀ متفاوت است: ناحیۀ غیرمتأثر ، ناحیۀ تغییر شکل یافته و ناحیۀ دگرگون شده و بازمتبلور شدۀ کاملاً تغییر شکل یافته . بنابراین هنگامی که سرعت دوران افزایش مییابد، به سبب آنکه حجم بیشتری از ماده از سطح جوش به بیرون رانده میشود، ضخامت ناحیۀ کاملأ تغییر شکل یافته در فاز پلاستیک در سطح اتصال افزایش مییابد. همچنین مشاهده شد که در سرعت دوران 2500 دور بر دقیقه نسبت به سایر سرعتهای آزمایش شده، اتصالی بسیار خوب شکل میگیرد که ریزساختار و سختی مناسبی دارد.
1. مقدمه
در سالهای اخیر، توجه ویژهای به سرامیکهای پیشرفته یا سرامیکهایی با کارآیی بالا نظیر نیترید سیلیکون ، کاربید سیلیکون ، زیرکونیا و آلومینا معطوف شده است که به سبب خواص فوق العادۀ آنها نظیر مقاومت گرمایی بالا، مقاومت سایشی بالا و پایداری شیمیایی آنها میباشد [1,2]. به منظور به کارگیری سرامیکهای پیشرفته در اجزای سازهای، برخی اوقات باید آنها را به فلزات متصل کرد. پیشتر، برای اتصال فلزات به سرامیکها، روش فشار فوق زیاد و روش گاز-فلز زودگداز مورد استفاده قرار میگرفتند. با این حال این روشها در مقایسه با روش جوشکاری اصطکاکی، بازدهی پایینتری دارند[1]. روش جوشکاری اصطکاکی در صنایع ساخت، اهمیت زیادی پیدا کرده است. مزایای این فرآیند شامل قابلیت ساخت بالا، زمان ساخت پایین و انرژی موردنیاز اندک است[3]. این روش اتصال منحصر به فرد، به این شکل صورت میپذیرد که یکی از قطعات با سرعت دورانی بالا، در تماس با قطعۀ دوم که ثابت است، میچرخد. با اعمال فشار محوری در طی فرآیند چرخش، دما در سطح تماس تا حدی بالا میرود که مواد وارد حالت پلاستیک خود میشوند. یک چیدمان ساده از دستگاه جوشکاری اصطکاکی در شکل1 نمایش داده شده است. در یک لحظۀ دقیق و حساب شده، چرخش متوقف شده و نیروی محوری بین دو قطعه اعمال میشود و ترکیب فشار و گرما، یک پیوند جامد در محل تماس دو قطعه ایجاد میکند[3]. این فرآیند میتواند توسط دستگاههای جوشکاری اصطکاکی متداول نیز انجام پذیرد اما با اتمسفر خنثی تا مانع از اکسید شدن فلز شود. دو قطعهای که باید به هم جوش بخورند (بویژه قطعۀ سرامیکی) باید کاملاً مسطح و موازی با هم باشند تا از ایجاد یا گسترش ترک و یا بروز عیوب ساختاری در اتصال جلوگیری شود[4].
abstract
The study of the interface of ceramic/metal alloy friction welded components is essential for understanding of the quality of bonding between two dissimilar materials. In the present study, optical and electron microscopy as well as four-point bending strength and microhardness measurements were used to evaluate the quality of bonding of alumina and 6061 aluminum alloy joints produced by friction welding. The joints were also examined with EDX (energy dispersive X-ray) in order to determine the phases formed during welding. The bonded alumina-6061 aluminum samples were produced by varying the rotational speed but keeping constant the friction pressure and friction time. The experimental results showed that the effect of rotation speed and degree of deformation appears to be high on the 6061 Al alloy than on the alumina part. It is discovered that the weld interface formed included three different regions: unaffected zone (UZ), deformed zone (DZ), as well as transformed and recrystallized fully deformed zone (FPDZ). Therefore, when rotational speed increases, the thickness of full plastic deformed zone (FPDZ) at the interface increases as a result of more mass discarded from the welding interface. It was also observed that rotational speed of 2500 rpm can produce a very good joint and microhardness with good microstructure as compared to the other experimental rotational speeds.
1. Introduction
In recent years, significant attention has been paid to fine ceramics or high performance ceramics such as silicon nitride, silicon carbide, zirconia and alumina, because of their excellent properties such as high temperature strength, high wear resistance and chemical stability [1,2]. In order for the fine ceramics to be used as structural components, they must be sometimes joined to metals at some points. For joining metals to ceramics, ultra-high pressure technique and gas–metal eutectic methods have been used. However, these methods have lower efficiency when compared to friction welding method [1]. Friction welding has gained importance in the fabrication industry. The advantages of this process include high reproducibility, short production time and low energy input [3]. This unique method of joining materials is achieved by rotating one component at high revolutions per minute (rpm) in contact with a second motionless component. By applying axial pressure during rotation, the temperature at the interface is increased until the materials reach the plastic state. A simple set up of the friction welding machine is shown in Fig. 1. At a precise moment, the rotation is stopped and axial forging force is then applied between the two components. The combination of pressure and heat forges a solid state bond at the interface of the two joining parts [3]. The process can be carried out using conventional friction welding apparatus but under a protective atmosphere to avoid metal oxidation. The components to be joined (especially the ceramic) must be planar and parallel to avoid crack formation and crack propagation as well as joining imperfections [4].
چکیده
1.مقدمه
2.آزمایش
3. نتایج و بحث
3.1 مشخصه های ریزساختار در ناحیه اتصال
3.2 ناحیه تغییر شکل یافته و اندازۀ دانه ها
3.3 تستهای ریزسختی ویکرز
3.4 استحکام خمش چهار نقطه ای
4. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. Experimental
3. Results and discussion
3.1. Microstructure characteristics at the interface zone
3.2. Deformation zone and grain size
3.3. Vickers microhardness tests
3.4. Four-point bending strength
4. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه