بررسي ريزساختار و سختي محل اتصال در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي آلومينيوم AA1100 و فولاد A441 AISI

Study on joint zone Microstructure Evolution and Hardness in Friction Stir Welding of AA1100 Aluminum alloy to A441 AISI steel

فرآيند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي‌ به‌واسطه مزاياي بسيار زيادي مانند جوشكاري فلزات جوش‌‌ناپذير گسترش يافته است. در اين پژوهش فولاد A441 AISI و آلومينيوم AA1100 با روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي به يكديگر جوش داده شدند. براي بررسي ريز ساختار محل اتصال از ميكروسكوپ نوري، آناليزهاي پراش اشعه ايكس (XRD)، ‌پراش انرژي اشعه ايكس (EDS) و سختي محل اتصال از ميكروسختي سنج ويكرز استفاده شد. نتايج حاصل از بررسي‌هاي محل اتصال توسط ميكروسكوپ نوري نشان داد كه علاوه بر منطقه اغتشاش، در سمت فلز پايه‌ي فولادي تنها ناحيه متاثر از حرارت وجود دارد و در سمت فلز پايه آلومينيومي منطقه متاثر از حرارت و كار مكانيكي و نيز منطقه متاثر از حرارت وجود دارد. در اثر توليد حرارت در منطقه اغتشاش دانه‌هاي ريز فريتي و پرليتي در كنار دانه‌بندي‌هاي بسيار ريز آلومينيومي شكل گرفته است. ذرات كروي Mg2Al3 نيز در محل اتصال به‌همراه تركيبات فريتي و پرليتي شكل گرفتند. اين ذرات در بين مرز دانه‌هاي آلومينيوم تشكيل شدند و به‌علت اختلاف ضريب انقباض اين ذرات با فلز پايه‌ آلومينيومي، در هنگام انجماد سبب ايجاد ترك در محل اغتشاش شدند. ريزدانگي آلومينيوم، تركيبات بين فلزي و تبلور مجدد ديناميكي فولاد سبب شد تا سختي محل اتصال از ديگر مناطق جوش بالاتر باشد.

Friction stir welding (FSW) has become a technology of widespread interest because of its numerous advantages, most important of which is its ability to weld otherwise unweldable alloys. In this study, friction stir welding process has been used to join A441 AISI steel and AA1100 aluminum alloy. Optical microscopy, X-ray diffraction analysis (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Vickers microhardness tests were employed to study the joint microstructure evolution and hardness. The results showed that after welding process, head affected zone (HAZ) and stir zone (SZ) were formed in steel base metal side and head affected zone (HAZ), thermo-mechanical affected zone (TMAZ) and stir zone (SZ) were formed in aluminum alloy side. Mg2Al3 spherical particles were formed with the ferrite and pearlite constituents in the junction. These particles were formed between the aluminum grain boundaries and due to the difference in contraction coefficient with aluminum base metal, caused hot cracks in stir zone during solidification. Due to the generated frictional heat, small grains of ferrite and pearlite with very fine grain size of aluminum were formed in stir zone. Base metals dynamic recrystallization and formation of intermetallic compounds leading to stir zone microhardness became higher than other areas.