بررسي اثر تعداد پاس و نانو ذرات ZrO2 بر ريزساختار، خواص مكانيكي و رفتار سايش در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي Al-5083

The effects of Pass number and Nano-Size ZrO2 powder on the Mechanical, Microstructure and Wear behavior in Friction Stir Welding of the Al-5083

در اين پژوهش از فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي براي انجام اتصال لب به لب آلياژ آلومينيم 5083 و توليد همزمان نانوكامپوزيت Al-ZrO2 در محل اتصال استفاده شد. ابتدا متغيرهاي جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي شامل سرعت دوراني، سرعت پيشروي و زاويه انحراف مورد بررسي قرار گرفت تا نمونه‌اي كه از نظر ظاهري بي‌عيب و بيشترين استحكام كششي را داشت، به عنوان نمونه مطلوب انتخاب شود تا با اضافه كردن نانو ذرات زيركونيا به بررسي اثر تعداد پاس بر ريزساختار، خواص مكانيكي و سايش نمونه‌هاي جوشكاري شده پرداخته شود. براي بررسي ريزساختار نمونه‌ها از ميكروسكوپ‌هاي نوري، الكتروني روبشي و نيروي اتمي استفاده شد و نتايج نشان داد كه با افزايش تعداد پاس، توزيع ذرات تقويت كننده يكنواخت‌تر شده و اندازه دانه در ناحيه اغتشاشي به شدت كاهش پيدا كرده است. علت اين امر به حضور ذرات تقويت كننده مربوط مي‌شود كه با ايجاد قفل كنندگي مرزدانه‌ها، كمك به جوانه‌زني دانه‌هاي تبلور مجدد يافته و تاثير بر شكسته شدن دانه‌هاي اوليه مي‌گردد. بيشينه سختي و استحكام كششي مربوط به نمونه چهار پاس بود كه به ترتيب 111 HV و 328.3 MPa بدست آمد كه ميزان سختي و كشش به ترتيب حدود 26 و 24 درصد نسبت به نمونه بدون پودر افزايش داشته است. براي ارزيابي مقاومت به سايش نمونه‌ها، از آزمون رفت و برگشتي استفاده شد و نتايج آزمون سايش نشان داد كه با افزايش تعداد پاس ميزان مقاومت به سايش افزايش مي‌يابد.

In this study friction stir welding was used to perform butt joint of Al5083 and simultaneous production of Al-ZrO2 nanocomposite in weldment. Welding parameters such as rotational speed, travel speed and tilt angle were varied to obtain optimum weldment with no defect and high tensile strength, and then by adding zirconia nanoparticle to welding zone of optimum sample, the effects of pass number on microstructure, mechanical properties and wear characteristics of welded specimens were investigated. In order to investigate microstructure, optical and scanning electron microscope and atomic force microscope was used. Results showed that by increasing pass number, the distribution of nanoparticles in the matrix become more homogenous and grain size in the stir zone has considerably decreased. The reason of this phenomena could be attributed to the presence of reinforcement nanoparticles which it causes pinning the grain boundary, enhancing nucleation of new recrystallized grains and the effect on breaking of initial grains. The maximum microhardness and tensile strength of weldment were obtained for composite weldment after four pass of 111 Hv and 328.3 MPa, which these values were 24 and 26% higher than weldment without reinforcement. Wear resistance of the weldment was determined by pin on disk test and revealed that by increasing pass number of FSW, the wear resistance increased.