بررسی تاثیر افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم بر خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ31 جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 6، دوره 10، شماره 4 - شماره پیاپی 39، اسفند 1395، صفحه 55-71   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

امین عبداله زاده^{* 1}؛ علی شکوه فر²؛ حمید امیدوار³؛ محمد علی صفرخانیان⁴؛ محمدرضا نادری⁵

¹ددانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

²استاد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

³دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

⁴دانشکده مواد دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی

⁵دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این پژوهش از فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای انجام اتصال لب به لب آلیاژ منیزیم AZ31 و تولید همزمان نانوکامپوزیت Mg/Sic در محل اتصال استفاده شد. نمونه ها با سه سرعت دورانی 600، 800 و 1000 دور بر دقیقه و چهار سرعت پیشروی 25، 75، 125 و 175 میلیمتر بر دقیقه جوشکاری شدند و خواص مکانیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که توزیع مناسب نانوذرات در محل اتصال، موجب کاهش قابل ملاحظه متوسط اندازه دانه و بهبود خواص مکانیکی اتصال می شود. علت اصلی این تغییرات به حضور نانوذرات کاربید سیلیسیم مربوط می شود که با ایجاد اثر قفل کنندگی مرزدانه ها، کمک به جوانه زنی دانه های تبلور مجدد یافته و تاثیر بر روی شکسته شدن دانه های اولیه، به ریز شدن ساختار کمک می کند.

کلیدواژه‌ها

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی؛ آلیاژ منیزیم AZ31؛ نانو ذرات کاربید سیلیسیم؛ استحکام کششی؛ سختی

مراجع

[1]     K. Máthis, Z. Trojanová, P. Lukáč, C. H. Cáceres, & J. Lendvai, “Modeling of hardening and softening processes in Mg alloys”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 378, pp. 176-179, 2004.

 

[2]     B. L. Mordike & T. Ebert, “Magnesium Properties - applications - potential”, Materials Science and Engineering, Vol. 302A, pp. 37-45, 2001.

 

[3]     D. L. Atwell, M. R. Barnett & W. B. Hutchinson, “The effect of initial grain size and temperature on the tensile properties of magnesium alloy AZ31 sheet”, Materials Science and Engineering, Vol. 549A, pp. 1-6, 2012.

 

[4]     Weisheit, R. Galun & B. L. Mordike, “CO2 laser beam welding of magnesium-based alloys”, Welding Journal, Vol. 77, pp. 148-154, 1998.

 

[5]     L. Ceschini, I. Boromei, G. Minak, A. Morri & F. Tarterini, “Effect of friction stir welding on microstructure, tensile and fatigue properties of the AA7005/10 vol.%Al2O3 composite”, Compos. Sci.Technol, Vol. 67, pp. 605–615, 2007.

 

[6]     Ellis MBD, “Joining of aluminium based metal matrix composites”, Int Mater Rev, Vol. 41, No. 2, pp. 41–58, 1996.

 

[7]        م. صفرخانیان، م. گودرزی و س. م. بوترابی، "مکانیزم تشکیل دانه ها در منطقه ی اختلاط حین جوشکاری اصطکاکی اختلاطی (FSW) و بررسی اثر سرعت دورانی ابزار و سرعت جوشکاری بر اندازه دانه ها"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال ششم، شماره 2، تابستان 1391.

 

[8]        ر. بازرگان لاری و ا. وفا، "مقایسه رفتار خوردگی آلیاژ آلومینیوم 6061 جوش داده شده به روش FSLW و GTALW"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره 2، تابستان 1395.

 

[9]     M. Srinivasan, C. Loganathan, V. Balasubramanian, Q. B. Nguyen, M. Gupta & R. Narayanasamy, “Feasibility of joining AZ31B magnesium metal matrix composite by friction welding”, Materials & Design, Vol. 32, pp.1672-1676, 2011.

 

[10]     W. B. Lee, C.Y. Lee, M. K. Kim, J. Yoon, Y. J. Kim, Y. M. Yoen & S. B. Jung, “Microstructures and wear property of friction stir welded AZ91 Mg/SiC particle reinforced composite”, Composites Science and Technology. Vol. 66, pp. 1513–1520, 2006.

 

[11]     S. Gopalakrishnan & N. Murugan, “Prediction of tensile strength of friction stir welded aluminium matrix TiC particulate reinforced composite”, Materials & Design, Vol. 32, pp. 462–467, 2011.

 

[12]        م. سلیمانی، س. ف. کاشانی بزرگ و ع. م. هادیان، " ارزیابی سایشی لایه سطحی نانوکامپوزیت هیبریدیAl7075/SiC-BN تشکیل شده توسط روش همزن اصطکاکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره 1، بهار 1395.

 

[13]        م. مسائلی و ک. امینی، "بررسی سختی و رفتار تریبولوژیکی نانوکامپوزیت سطحی Al/Al2O3-TiB2 ساخته شده با فرآوری هم‌زن اصطکاکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره 1، بهار 1395.

 

[14]     Y. Morisada, H. Fujii, T. Nagaoka & M. Fukusumi, “Effect of friction stir processing with SiC particles on microstructure and hardness of AZ31”, Materials Science and Engineering, Vol. 433A, pp. 50-54, 2006.

 

[15]     M. Barmouz, P. Asadi, MK. Besharati Givi & M. Taherishargh, “Investigation of mechanical properties of Cu/SiC composite fabricated by FSP: Effect of SiC particles’ size and volume fraction”, Mater. Sci. Eng, Vol. 528A, pp. 1740–1749, 2011.

 

[16]     Y. Morisada, H. Fujii, T. Nagaoka & M. Fukusumi, “MWCNTs/AZ31 surface composites fabricated by friction stir processing”, Materials Science and Engineering, Vol. 419A, pp. 344-348, 2006.

 

[17]     M. Azizieh, A. H. Kokabi & P. Abachi, “Effect of rotational speed and probe profile on microstructure and hardness of AZ31/Al2O3 nanocomposites fabricated by friction stir processing”, Materials & Design, Vol. 32, pp. 2034-2041, 2011.

 

[18]     D. Khayyamin, A. Mostafapour & R. Keshmiri, “The effect of process parameters on microstructural characteristics of AZ91/SiO2 composite fabricated by FSP”, Materials Science and Engineering, Vol. 559A, pp. 217-221, 2013.

 

[19]     YF. Sun & H. Fujii, “The effect of SiC particles on the microstructure and mechanical properties of friction stir welded pure copper joints”, Mater. Sci. Eng, Vol. 528A, pp. 5470–5475, 2011.

[20]     M. Bahrami, K. Dehghani & M. K. Besharati Givi, “A novel approach to develop aluminum matrix nano-composite employing friction stir welding technique”, Materials & Design, Vol. 53, pp. 217-225, 2013.

 

[21]     M. Bahrami, M. K. Besharati Givi, K. Dehghani & N. Parvin, “A novel approach to develop aluminum matrix nano-composite employing friction stir welding technique”, Materials and Design, Vol. 53, pp. 519–527, 2014.

 

[22]     D. Khayyaminn, A. Mostafapour & R. Keshmiri, “The effect of process parameters on microstructural characteristics of AZ91/SiO2 composite fabricated by FSP”, Materials Science & Engineering, Vol. 559A, pp. 217–221, 2013.

 

[23]     L. Commin, J. E. Masse & L. Barrallier, “Friction stir welding of AZ31 magnesium alloy rolled sheets: Influence of processing parameters”, Acta Materialia, Vol. 59, pp. 326–334, 2009.

 

[24]     P. Asadi, G. Faraji & M. K. Besharati, “Producing of AZ91/SiC composite by friction stir processing (FSP)”, Int J Adv Manuf Technol, Vol. 51, pp. 247-260, 2010.

 

[25]     H. Ye & X. Liu, “Review of recent studies in magnesium matrix composites”, Jornal of Materials Science, Vol. 39, pp. 6153-6171, 2004.

 

[26]     G. Ellwood Dieter, “Mechanical metallurgy”, 3rd ed, McGraw-Hill, Michigan, 1986.

 

[27]     L. commin, M. Dumont, R. Rotinat, F. Pierron, J. Masse & L. Barrallier, “Influence of the microstructural changes and induced residual stresses on tensile properties of wrought magnesium alloy friction stir welds”, Materials Science and Engineering, Vol.551A, pp. 288– 292, 2012.

 

[28]     R. S. Mishra & Z. Y. Ma, “Friction stir welding and processing”, Mater Sci Eng R, Vol. 50, pp. 1-78, 2005.

 

[29]     W. B. Lee, C. Y. Lee, M. K. Kim, J. Yoon, Y. J. Kim, Y. M. Yoem & S. B. Jung, “Microstructures and wear property of friction stir welded AZ91 Mg/SiC particle reinforced composite”, Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 1513-1520, 2006.

 

[30]     Gh. Faraji & P. Asadi, “Characterization of AZ91/alumina nano-composite produced by FSP”, Materials Science and Engineering, Vol. 528A, pp. 2431-2440, 2011.

 

[31]     M. Abbasi Gharacheh, A. H. Kokabi, G. H. Daneshi, B. Shalchi & R. Sarrafi, “The influence of the ratio of rotational speed/traverse speed on mechanical properties of AZ31 friction stir welds”, Machine Tools and Manufacture, Vol. 46, pp. 1983-1987, 2006.