تاثير پارامترهاي جوشكاري اصطكاكي اختلاطي (FSW) بر ريزساختار، بافت و خواص مكانيكي قطعات جوش آلياژهاي نانوساختار Al – Sc توليد شده به روش نورد تجمعي (ARB)

دكتري تخصصي

اخيرا روش¬هاي تغيير‌شكل پلاستيكي شديد مانند روش نورد تجمعي به منظور توليد مواد نانوساختار مورد توجه ويژه¬اي قرار گرفته¬اند. اما به دليل محدوديت شكلي و ابعادي ورق‌هاي نورد تجمعي شده و به منظور صنعتي سازي اين ورق¬ها، به ناچار بايد از روش¬هاي اتصال قطعات مانند جوشكاري اصطكاكي اختلاطي استفاده شود. از طرفي رشد قابل توجه دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط به دليل عدم وجود رسوبات يا حل¬شدن رسوبات با پايداري حرارتي پايين به عنوان يك معضل در جوشكاري آلياژهاي نانوساختار آلومينيم شناخته شده است. بنابراين رسوبات نقش مهمي در اندازه¬ي دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط و به تبع آن تاثير به سزايي بر خواص مكانيكي دارند. لذا يكي از اهداف اين پژوهش، بررسي تاثير پارامترهاي عمليات حرارتي پيرسازي بر رسوبات Al3Sc در آلياژهاي آلومينيم- اسكانديم بوده است، به¬طوريكه نقش رسوبات Al3Sc بر ريزساختار و خواص مكانيكي در فرآيند نورد تجمعي و جوشكاري مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين پارامترهاي جوشكاري و عمليات حرارتي بهينه¬سازي شده¬اند. بدين منظور ابتدا عمليات حرارتي پيرسازي در دماها و زمان¬هاي متفاوت بر نمونه¬ها اعمال شد و سپس فرآيند نورد تجمعي بر ورق¬هايي از آلياژ Al- 0.2 wt.%Sc صورت گرفت. بر اساس نتايج آناليز واريانس، پارامترهاي دماي پيرسازي با درصد تاثير 51/64% و زمان با درصد تاثير 29/19% پارامترهاي موثر بر خواص مكانيكي شناخته شدند. همچنين نتايج نشان داد كه كوچك¬ترين اندازه¬ي دانه-هاي به دست آمده در اين تحقيق مربوط به نمونه¬ي بهينه¬ي عمليات حرارتي و سپس نورد تجمعي شده است كه داراي رسوبات فراوان Al3Sc و با اندازه¬ي نانومتري هستند. تحت اين شرايط استحكام تسليم 52/6 برابر ماده¬ي اوليه و 84/1 برابر نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه حاوي مقادير بسيار كمي رسوبات Al3Sc بود شده است. چقرمگي در نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه داراي رسوبات با كسر حجمي فراوان Al3Sc و با اندازه¬ي نانومتري هستند تنها 11% نسبت به ماده¬ي اوليه كاهش يافته است، در حاليكه كاهش چقرمگي در نمونه¬ي نورد تجمعي شده كه حاوي مقادير بسيار كمي رسوبات Al3Sc بود حدود 35% شده است. بنابراين رسوبات Al3Sc به عنوان عاملي براي تسريع در فرآيند ريزكردن دانه¬ها و افزايش خواص مكانيكي در نمونه¬هاي نورد تجمعي شده شناخته شدند. در ادامه ورق هاي نورد تجمعي بهينه¬شده تحت عمليات جوشكاري قرار گرفتند. آناليز نتايج با روش تاگوچي و آناليز واريانس نشان داد كه پارامتر سرعت دوراني ابزار موثرترين پارامتر بر خواص مكانيكي است. تحت شرايط جوشكاري بهينه، رسوبات Al3Sc تا حدود زيادي در منطقه¬ي اختلاط حفظ شد به¬طوريكه بالاترين مقادير سختي و استحكام تسليم در اين منطقه به دست آمد. همچنين رسوبات Al3Sc به عنوان رسوباتي با پايداري بالا در منطقه¬ي اختلاط، عامل موثر در بهبود خواص مكانيكي و مانع موثر در جلوگيري از رشد دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط معرفي شدند. به¬طوريكه استحكام تسليم و سختي در نمونه¬ي جوش بهينه¬شده به ترتيب 38/2 و 62/1 برابر نمونه¬ي آنيل محلولي - جوشكاري شده است. همچنين اندازه¬ي دانه¬ها در نمونه¬ي جوش بهينه¬شده كه حاوي رسوبات Al3Sc بود برابر nm 710 شد. در حاليكه اندازه¬ي دانه¬ها در نمونه¬ي آنيل شده و جوشكاري شده برابر nm 4300 شده است. از بين مكانيزم¬هاي محتمل براي تشكيل دانه¬ها در منطقه¬ي اختلاط، وقوع مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته به عنوان مكانيزم غالب در تشكيل دانه¬هاي هم محور در منطقه¬ي اختلاط به اثبات رسيد. ماده¬ي اوليه داراي بافت با مولفه¬ي ضعيف مكعبي <100> {001} بود. درحاليكه نمونه نورد تجمعي¬شده داراي بافت با مولفه¬هاي قوي مس <111> {112} و ضعيف S <634> {123} بود. از طرفي مولفه¬ي بافت برشي ساده B/B ̅ <110> {112} به عنوان مولفه¬ي اصلي در نمونه¬ي جوشكاري شده مشاهده شد. همچنين مولفه¬ي C <110> {001} نيز به مقدار كمي وجود داشت. يك ارتباط منطقي بين ريزساختار و بافت برقرار شد. به¬طوريكه غالب بودن مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته در تشكيل دانه¬هاي هم محور در منطقه¬ي اختلاط به واسطه¬ي وجود بافت مولفه¬هاي برشي و عدم وجود بافت مكعبي چرخش يافته در منطقه¬ي اختلاط اثبات شد.

191369

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر احسان برهاني

مواد و متالورژي

دكتر مرتضي تميزي فر - دكتر سيدمحمد علي بوترابي