ساخت قطعه مرکب از آلیاژهای Al7075 و Mg-AZ31 به روش جوشکاری نفوذی  تحت تاثیر پارامترهای دما و زمان و بررسی ساختاری و مکانیکی آن

فهرست مطالب

عنوان صفحه

چکیده………………………………………… 1

مقدمه………………………………………… 2

فصل اول: مروری بر منابع مطالعاتی

1-1- خواص مواد………………………………… 5

1-1-1- آلومینیوم و آلیاژهای آن…………………. 5

1-1-1-1- طبقه‌بندی آلیاژهای کار شده آلومینیوم……. 5

1-1-1-2- ویژگی‌ها و کاربردهای آلیاژهای گروه 7xxx….. 6

1-1-1-3- مشکلات جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم (به خصوص در مقایسه با فولاد)………………………………………… 6

1-1-1-4- خواص عمومی آلیاژ 7075 آلومینیوم………… 7

1-1-2- منیزیم و آلیاژهای آن……………………. 8

1-1-2-1- کاربردهای عمومی منیزیم……………….. 8

1-1-2-2- معرفی آلیاژ AZ31……………………… 9

1-1-2-3- خواص عمومی آلیاژ AZ31………………… 10

1-1-2-4- خواص دما بالای آلیاژهای منیزیم…………. 11

1-2- فرآیند اتصال‌دهی………………………….. 12

1-2-1- مقدمه‌ای بر فرآیندهای جوشکاری حالت جامد……. 12

1-2-2- دلایل استفاده از فرآیندهای جوشکاری حالت جامد.. 13

1-2-3- فرآیند جوشکاری نفوذی……………………. 14

1-2-4- نفوذ در جامدات…………………………. 15

1-2-4-1- قوانین فیک………………………….. 17

1-2-5- مزایای جوشکاری نفوذی در برابر جوشکاری ذوبی… 18

1-2-6- معایبجوشکاری نفوذی……………………… 19

1-2-7- حالات مختلف ترکیب فلزات که در این فرآیند قابل اتصال هستند  19

1-2-8- انواع روش‌های جوشکاری نفوذی………………. 20

1-2-9- مکانیزم تشکیل پیوند در جوشکاری نفوذی……… 21

1-2-10- متغیرهای فرآیند جوشکاری نفوذی…………… 21

1-2-10-1- دما……………………………….. 22

1-2-10-2- زمان………………………………. 22

1-2-10-3- فشار………………………………. 23

1-2-10-4- کیفیت سطحی قطعات……………………. 23

1-2-10-5- اتمسفر و محیط انجام آزمایش…………… 24

1-2-10-6- لایه واسط…………………………… 24

1-2-11- کاربردهای جوشکاری نفوذی………………… 25

1-2-12- پدیده کرکندال…………………………. 26

1-3- مروری بر کارهای انجام شده…………………. 27

1-3-1- اتصال نفوذی آلیاژهای 2024 آلومینیوم و AZ31 منیزیم 27

1-3-2- اتصال نفوذی آلیاژهای 6061 آلومینیوم و AZ31 منیزیم 28

1-3-3- اتصال نفوذی آلیاژهای 6082 آلومینیوم و AZ31 منیزیم 31

1-3-4- اتصال نفوذی آلیاژهای 6061 آلومینیوم و AZ80 منیزیم 32

فصل دوم: روش تحقیق

2-1- مواد اولیه………………………………. 34

2-2- تجهیزات مورد استفاده جهت ساخت قطعه مرکب آلومینیوم/منیزیم 34

2-3- روند انجام آزمایش‌ها………………………. 35

2-3-1- آماده‌سازی مواد اولیه……………………. 36

2-3-2- ساخت قطعات مرکب آلومینیوم/منیزیم…………. 36

2-3-3- تهیه قطعات جهت بررسی‌های ریزساختاری و مکانیکی. 37

2-4- بررسی‌های ریزساختاری………………………. 37

2-4-1- مطالعات میکروسکوپی و آنالیز شیمیایی………. 37

2-5- ارزیابی خواص مکانیکی……………………… 37

2-5-1- آزمون استحکام برشی……………………… 37

2-5-2- آزمون ریزسختی سنجی……………………… 39

فصل سوم: نتایج و بحث

3-1- مشاهدات ماکروسکوپی قطعات………………….. 41

3-2- بررسی فصل مشترک قطعات توسط میکروسکوپ نوری…… 42

3-2-1- بررسی تاثیر افزایش دمای جوشکاری بر ناحیه اتصال در زمان و فشار ثابت……………………………………. 42

3-2-2- بررسی تاثیر افزایش زمان جوشکاری بر ناحیه اتصال در دما و فشار ثابت………………………………………… 43

3-3- بررسی فصل مشترک اتصال توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی 46

3-3-1- بررسی تاثیر افزایش دمای جوشکاری بر ناحیه اتصال در زمان و فشار ثابت……………………………………. 46

3-3-2- بررسی تاثیر افزایش زمان جوشکاری بر ناحیه اتصال در دما و فشار ثابت………………………………………… 49

3-3-3- بررسی توزیع عناصر در فصل مشترک و آنالیز نقطه‌ای رسوبات 52

3-3-4- نتایج آنالیز نقطه‌ای از نواحی مختلف اتصال….. 54

3-4- ارزیابی خواص مکانیکی اتصال‌ها………………. 59

3-4-1- آزمون ریزسختی سنجی……………………… 59

3-4-1-1- تاثیر افزایش دما بر ریزسختی در ناحیه اتصال 59

3-4-1-2- تاثیر افزایش زمان بر ریزسختی در ناحیه اتصال 60

3-4-2- استحکام برشی‌نمونه‌ها…………………….. 61

3-4-2-1- بررسی افزایش دما بر استحکام برشی………. 61

3-4-2-2- بررسی افزایش زمان بر استحکام برشی……… 61

فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها

4-1- نتیجه‌گیری……………………………….. 64

4-2- پیشنهادات……………………………….. 65

مراجع……………………………………….. 66

 

فهرست جداول

جدول 1-1: ترکیب شیمیایی اسمی آلیاژ 7075 آلومینیوم (درصد وزنی) 7

جدول 1-2: خواص مکانیکی آلیاژ 7075 آلومینیوم………. 8

جدول 1-3: خواص حرارتی آلیاژ 7075 آلومینیوم……….. 8

جدول 1-4: ترکیب شیمیایی اسمی آلیاژ AZ31 (درصد وزنی).. 10

جدول 1-5: خواص مکانیکی حالت‌های مطرح آلیاژ AZ31……. 10

جدول 1-6: ترکیب شیمیایی اسمی حالت‌های مختلف آلیاژ AZ31 (درصد وزنی). 11

جدول 2-1: ترکیب شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم 7075 و منیزیمAZ31 (درصد وزنی)……………………………………….. 35

جدول 2-2: شرایط آزمون‌های مختلف جهت انجام اتصال نفوذی. 37

جدول 2-3: ترکیب شیمیایی محلول‌های اچ. …………… 38

فهرست اشکال

شکل 1-1: مراحل مختلف تشکیل پیوند نفوذی………….. 22

شکل 1-2: تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه با بیشترین استحکام برشی    29

شکل 1-3: تصاویر SEM از نمونه‌ها با لایه‌های میانی متفاوت، الف) روی خالص، ب) Zn–8Al و ج) Zn–5Al………………………. 30

شکل 1-4: تصاویر میکروسکوپ نوری و SEM از نمونه‌های اتصال   31

شکل 1-5: تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه اتصال…….. 32

شکل 1-6: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه اتصال 33

شکل 2-1: کوره پرس داغ…………………………. 36

شکل 2-2: روند انجام آزمایش‌های صورت گرفته جهت اتصال‌دهی و بررسی ساختاری و مکانیکی اتصالات………………………. 39

شکل 2-3: تصویر قید و بست آزمون استحکام برشی……… 42

شکل 3-1: تصاویر ماکروسکوپی قطعات در زمان 60 دقیقه و دماهای، الف) °C 440، ب) °C 450 و ج) °C460……………………….. 44

شکل 3-2: تصاویر میکروسکوپ نوری از اتصال‌های، الف) 440-60، ب) 450-60 و ج) 460-60………………………………………… 45

شکل 3-3: تصاویر میکروسکوپ نوری از اتصال‌های، الف) 440-60، ب) 440-120، ج) 450-60، د) 450-120، ه) 460-60 و و) 460-120……………… 46

شکل 3-4: تغییرات ضخامت ناحیه ITZ با، الف) افزایش دما در زمان 60 دقیقه و ب) افزایش زمان در دمای °C 440…………………. 47

شکل 3-5: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از اتصال‌های، الف) 440-60، ب) 450-60 و ج) 460-60……………………………….. 49

شکل 3-6: آنالیز خطی از اتصال‌های، الف) 440-60، ب) 450-60 و ج) 460-60.   51

شکل 3-7: تصاویر SEM از اتصال‌های، الف) 440-60، ب) 440-120، ج) 450-60، د) 450-120، ه) 460-60 و و) 460-120……………………… 52

شکل 3-8: آنالیز خطی از اتصال‌ انجام شده در دمای °C 440 و زمان‌های، الف) 60 دقیقه و ب) 120

دقیقه……………………………………….. 53

شکل 3-9: آنالیز صفحه‌ای اتصال 460-120………………. 54

شکل 3-10: آنالیز نقطه‌ای از رسوب مشخص شده در شکل 3-7-ه مربوط به نقطه D. …………………………………………. 54

شکل 3-11: آنالیز خطی از عنصر روی مربوط به اتصال 450-60. 55

شکل 3-12: منحنی‌ دوتایی در سیستم Mg-Al…………….. 57

شکل 3-13: آنالیز نقطه‌ای اتصال 440-60، الف) نقطه A، ب) نقطه B و ج) نقطه C…………………………………………… 58

شکل 3-14: آنالیز نقطه‌ای اتصال 460-60، الف) نقطه A، ب) نقطه B و ج) نقطه C…………………………………………… 59

شکل 3-15: آنالیز نقطه‌ای اتصال 440-120، الف) نقطه A، ب) نقطه B و ج) نقطه C………………………………………. 61

شکل 3-16: پروفیل‌ ریزسختی در عرض اتصال‌های، 440-120، 450-120 و 460-120.   61

شکل 3-17: پروفیل‌ ریزسختی در عرض اتصال‌های جوشکاری شده در دمای ‌°C 440 و زمان‌های 60 و 120 دقیقه…………………………. 62

شکل 3-18: نمودارهای نیرو- جابجایی نمونه‌های، 440-60، 450-60 و 460-60.   62

شکل 3-19: نمودارهای نیرو- جابجایی نمونه‌های، 440-60 و 440-120.    63