نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران

تاثیر سرعت پیشروی در فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر ریز ساختار، خواص مکانیکی و رفتار سایش کامپوزیت هیبریدی سطحی Al5052/ZrO2/ZrSiO4

کامران امینی

در مطالعه حاضر از فرایند اصطکاکی اغتشاشی(FSP) برای تولید کامپوزیت هیبریدی سطحی Al/ZrO₂/ZrSiO₄ در سرعت چرخش ثابت 1400 دور بر دقیقه و سرعت های پیشروی 20، 25، 5/31 و 40 میلی متر بر دقیقه استفاده گردید. لذا هدف از مطالعه مذکور بررسی تاثیر سرعت پیشروی ابزار بر ریزساختار، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت هیبریدی سطحی فوق الذکر و مقایسه آن با آلومینیوم 5052 خام است. بررسی ها نشان داد، در اثر عملیات FSP یک ساختار ریزدانه ایجاد می گردد که با حضور ذرات ZrO₂ و ZrSiO₄ سختی و مقاومت سایشی نمونه ها در مقایسه با نمونه خام بهبود می یابد. همچنین نتایج نشان داد، در بین نمونه های FSP شده، نمونه با سرعت پیشروی 20 میلی متر بر دقیقه دارای بالاترین سختی و مقاومت سایشی است. دلیل این موضوع آنست که در این نمونه بدلیل سرعت پیشروی کمتر در مقایسه با سایر نمونه ها، گرمای بیشتری ایجاد شده که منجر به توزیع مناسب تر و ریزشدن بیشتر ذرات گردیده است. بنابراین در نمونه با سرعت پیشروی 20 میلی متر بر دقیقه، سختی و مقاومت سایشی در مقایسه با نمونه خام به ترتیب %3/27 و %9/68 افرایش می یابد. همچنین بررسی سطوح سایش نمونه ها نشان داد مکانیزم سایش در نمونه خام سایش چسبان قوی است که در اثر عملیات FSP و کامپوزیت سازی سطوح بدلیل ریز شدن دانه ها و افزایش سختی، مکانیزم سایش به چسبان ضعیف تبدیل شده است، لذا مقاومت به سایش نمونه های FSP بهبود یافته است.

ارزیابی رفتار تریبولوژیکی روکش اینکونل 625 روی زیرلایه هم‌جنس روکش‌کاری شده توسط فرایند رسوب‌نشانی مستقیم لیزری

محمد رجبی

بازسازی قطعات به وسیله رسوب نشانی مستقیم لیزری می تواند تلفیقی از خواص مقاومت به سایش بالا، چقرمگی مناسب و مقاومت مطلوب در برابر خوردگی را ایجاد نماید. در این پژوهش خواص سایشی روکش پودر اینکونل 625 روی زیرلایه هم جنس بررسی شد؛ بدین منظور از آزمون سایش دمای محیط و دمای بالا استفاده و کاهش جرم، ضریب اصطکاک، عرض و عمق نفوذ سایش اندازه گیری شد. جهت ارزیابی سطح سایش یافته از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم طیف سنجی پراش انرژی استفاده شد. نتایج نشان داد؛ کاهش جرم ناشی از سایش روکش اینکونل 625 در مقایسه با زیرلایه اینکونل 625 به ترتیب 7 و 52 درصد در سایش دمای 25 و 620 درجه سانتیگراد کاهش یافت. مکانیزم سایش دمای محیط پوشش عمدتاً خراشان و مکانیزم سایش دما بالای آن عمدتاً چسبان است.

بررسی ریزساختار، خواص مکانیکی، رفتار خوردگی اتصال غیرمشابه آلیاژ زیست تخریب پذیر منیزیمAZ31 به آلیاژ Ti-6Al-4V به روش جوشکاری اصطکاکی

مسعود کثیری عسگرانی

در این تحقیق اتصال غیرمشابه آلیاژ زیست تخریب پذیر AZ31 به آلیاژ تیتانیومی Ti-6Al-4V به روش جوشکاری اصطکاکی چرخشی و با هدف نهایی ساخت پین یا پیچ دو جنسی ارتوپدی مورد بررسی وارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی ریزساختار، از پراش پرتو ایکس برای آنالیز فازی و از دستگاه آزمون پیچش و دستگاه ریز سختی سنج برای بررسی خواص مکانیکی و از آزمایش پلاریزاسیون تافل و امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت خوردگی استفاده شد. در عملیات جوشکاری، سرعت دورانی 1100، 1200 و 1300 دور بر دقیقه و زمان اصطکاک 2 و 4 ثانیه به عنوان پارامترهای متغیر، و دو پارامتر فشار اصطکاک و فشار فورج به ترتیب به میزان 50 و 40 مگاپاسکال به عنوان پارامترهای ثابت در نظر گرفته شدند. بررسی ریزساختار منطقه اتصال نشان داد که در قسمت آلیاژ تیتانیوم تقریبا هیچ گونه تغییر شکلی وجود ندارد، اما در سمت منیزیم بیشترین میزان تغییر شکل و با فاصله گرفتن از خط اتصال به ترتیب، منطقه اتصال(CZ)، منطقه تغییر شکل جزیی (PDZ)، منطقه متاثر از عملیات ترمومکانیکی(TMAZ)ومنطقه تبلور مجدد دینامیکی (DRX) قابل مشاهده می باشند. تشکیل ترکیبات بین فلزی مانند Mg₂AlZn، Ti₃Al و همچنین ریز شدن دانه ها باعث افزایش سختی ناحیه منیزیم مجاور خط اتصال تا 150 ویکرز شد. نتایج آزمون پیچش نشان داد نمونه جوشکاری شده در شرایط سرعت دوران 1200 دور بر دقیقه و در زمان اصطکاک 4 ثانیه دارای بالاترین میزان استحکام برشی و به مقدار 5/81 مگاپاسگال و همچنین دارای بالاترین مقاومت به خوردگی در بین سایر نمونه ها می باشد.

ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال نامشابه آلیاژهای AA5052 و AA6061 به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

علی فرزادی

آلیاژهای سری 5xxx و 6xxx از پرکاربردترین آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف از جمله صنایع خودرو، کشتی سازی و هواپیمایی است. در این پژوهش اتصال دو آلیاژ AA6061-T6 و AA5052-H12 در چهار سرعت انتقالی 60، 90، 120 و 180 میلی متر بر دقیقه و سه سرعت چرخشی 600، 800 و 1000 دور بر دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی ها در شرایطی انجام شد که هر کدام از دو آلیاژ در دو سمت پیشرونده و پسرونده قرار گرفته باشد. نتایج این بررسی ها نشان داد که بیشترین استحکام کششی در شرایطی است که نمونه AA5052 در سمت پیشرونده قرار گرفته و سرعت انتقالی 90 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخشی 600 دور بر دقیقه باشد و در این حالت مقدار استحکام نهایی کششی برابر با 197 مگاپاسکال است. علاوه بر این نتایج این تحقیق نشان داد که به طور کلی با افزایش سرعت انتقالی در سرعت چرخشی ثابت استحکام کششی کاهش و با افزایش سرعت چرخشی در سرعت انتقالی ثابت، استحکام کششی افزایش می یابد. علاوه بر این از مقاطع تمام نمونه ها بررسی میکروسکوپی و ماکروسکوپی به عمل آمد و نواحی و عیوب مختلف بررسی شد. با توجه به بررسی های انجام شده بر ریزساختار، اندازه دانه ها در دکمه جوش نسبت به فلز پایه، HAZ و TMAZ کاهش یافت. اندازه دانه در HAZ در تمامی نمونه ها بیشترین مقدار را نسبت به مناطق دیگر دارد و این سبب کاهش استحکام جوش در این منطقه شود.

بررسی اثر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ AZ91 به تیتانیوم خالص تجاری

حامد ثابت

به منظور بررسی تاثیر پارامترهای سرعت چرخشی و زاویه ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال آلیاژ AZ91 منیزیم به تیتانیوم خالص تجاری، ورق هایی در ابعاد 4×26×100 میلیمتر آماده سازی شدند. پارامترهای متغیر در این مطالعه سرعت چرخشی (800، 1200 و 2500 دور بر دقیقه) و زاویه ابزار (5/0، 1 و 3 درجه) تعیین شده و سرعت پیشروی ثابت و برابر 32 میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شد. پس از اجرای جوشکاری نمونه ها جهت انجام بررسی های ریزساختاری و خواص مکانیکی (سختی و کشش) بر طبق استاندارد مربوطه آماده سازی شدند. بررسی های ریزساختاری نشان داد که ساختار ناحیه جوش CP-Ti/AZ91 شامل دانه های کشیده آلفا بوده و ریزساختار منطقه اختلاط یافته در سمت آلیاژ منیزیم شامل دانه های هم محور α - منیزیم همراه با ترکیبات بین فلزی Mg17Al12 در زمینه می باشد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که بیشترین مقدار استحکام کششی (160 مگاپاسکال) مربوط به سرعت چرخشی 2500 دور بر دقیقه و زاویه پین 1 درجه می باشد. همچنین مشخص شد که سرعت چرخشی 800 دور بر دقیقه همراه با سرعت پیشروی 32 میلیمتر بر دقیقه جهت جوشکاری نمونه های AZ91 به تیتانیوم خالص تجاری مناسب نبوده بطوری که این نمونه ها در حین فرایند آماده سازی دچار شکست شدند. از طرفی مشاهده شد که افزایش زاویه ابزار نسبت به قطعه کار در ابتدا منجر به افزایش استحکام قطعه از 141 مگاپاسکال به 160 مگاپاسکال شده و سپس تا 132 مگاپاسکال کاهش می یابد. از طرف دیگر نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی ویکرز نشان داد که عدد سختی منطقه جوش به طور میانگین برابر 173 ویکرز بوده و از سختی آلیاژ AZ91 (61 ویکرز) بیشتر و به سختی آلیاژ تیتانیوم (167 ویکرز) نزدیک می باشد.

بررسی ریزساختاری و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس لیزر ضربانی Nd:YAG مونل 400 به نایمونیک 75

سید علی اصغر اکبری موسوی

در این پژوهش، اتصال غیرهمجنس ابرآلیاژ نایمونیک 75 به مونل 400 با ضخامت 1 میلی متر به روش جوشکاری لیزر ضربانی Nd:YAG مورد پژوهش قرار گرفت. با آزمون های میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، میکرو سختی سنجی و آزمون کشش خواص مکانیکی اتصال بررسی شد. در مورد جوشکاری غیرهمجنس ابر آلیاژ نایموینک 75 به مونل400 عیوبی مانند ترک ذوبی و تخلخل در نمونه های جوشکاری شده مشاهده شد که با افزایش دمای پیشگرم و کاهش حرارت ورودی این عیوب رفع شدند. نتایج نشان داد، برای رسیدن به عمق نفوذ مناسب، ولتاژ، پهنای زمانی ضربان، بسامد ضربان و سرعت جوشکاری به ترتیب 500 ولت، 9میلی ثانیه، 3 هرتز و 0.9 میلیمتر بر ثانیه انتخاب شود. همچنین بررسی های انجام شده نشان می دهد که ساختار حاصل از جوشکاری، از زمینه آستنیتی حاوی دندریت های ستونی و در برخی مناطق سلولی تشکیل شده است. خصوصیات مکانیکی فلزجوش، پس از اتصال کاهش یافته و جدایش موجب تغییر در مقدار عناصر و پیدایش ترکیبات بین فلزی در فواصل بین دندریت ها و سلول ها می گردد. همه نمونه های غیرهمجنس در آزمون کشش از ناحیه فلز جوش دچار شکست گردیدند.

اتصال متجانس سوپر آلیاژ Inconel 600 با استفاده از پرکننده پودری نانو ساختار با طراحی آنتروپی بالا

حمید خرسند

آلیاژهای آنتروپی بالا بدلیل دارا بودن خواص عالی به ویژه برای کاربرد به عنوان فلزات پرکننده در لحیم کاری سخت مناسب هستند. در مطالعه حاضر، سه پودر با ترکیب CoxCrxCuxFexMnxNix (X درصد اتمی عنصر) با استفاده از ضوابط این آلیاژها و همچنین نرم افزار JMATPRO طراحی گردید. مرحله بعد با استفاده از آلیاژسازی مکانیکی، نانو پودر پرکننده سنتز شد و توسط آزمون آنالیز اشعه ایکس (XRD) مشخصه یابی و اثر ترکیب پرکننده بر رفتار حرارتی آلیاژ، مطالعه شد. سپس پرکننده در لحیم کاری سخت سوپر آلیاژ اینکول ۶۰۰ مورد استفاده قرار گرفت، رفتار انجماد تک فازی و عدم وجود بور و سیلیکون در پرکننده آنتروپی بالا منجر به ایجاد یک ریزساختار پیوسته بدون اجزای یوتکتیک یا فازهای شکننده در فصل مشترک لحیم کاری سخت گردید. بدین ترتیب آزمون استحکام برشی انجام شده وMPa 545 در بین سه ترکیب پرکننده، بالاترین استحکام برشی بود که بدست آمد. در لحیم هایی که از فلز پرکننده معمولی استفاده می کنند، انجماد همدما ناقص و متعاقب آن انجماد حرارتی مایع باقی مانده منجر به ایجاد فازهای شکننده می شود که در سراسر ریزساختار توزیع می شوند. عدم استفاده از ترکیبات پایین آورنده نقطه ذوب در پرکننده با هدف اتصال سوپر آلیاژ پایه نیکل، گامی مهم در کاهش فرایندهای بعدی لحیم کاری تلقی می شود.

بهینه نمودن کارایی شبکه عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی خواص کششی Al-5083 اتصال داده شده توسط فرایند FSW

مسعود مصلایی

در این تحقیق، بهینه سازی قابلیت شبکه عصبی مصنوعی (ANN) به منظور پیش بینی استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی اتصالات ایجاد شده بر Al-5083 توسط فرایند جوشکاری همزنی اصطکاکی (FSW) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با تغییر پارامترهای موثر بر کارایی ANN از قبیل تعداد لایه ها و تعداد نورون های لایه های مخفی، نوع تابع انتقال بین لایه ها، الگوریتم یادگیری و غیره، شبکه عصبی کارآمد برای پیش بینی خواص کششی اتصالات FSWed-Al-5083 تعیین گردید. بررسی های انجام شده آشکار نمود که شبکه عصبی پرسپترون با دو لایه پنهان و تعداد 17 نورون، الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت و تابع انتقال Logsig برای لایه های میانی و تابع تبدیل Tansig برای لایه خروجی، کارآمدترین شبکه عصبی برای پیش بینی مورد نظر است. شبکه مذکور دارای ساختار بهینه براساس کمینه مقدار خطای میانگین مربعات 05/0، بیشینه ضریب همبستگی کل 93/0 و رگرسیون خط با زاویه 45 درجه بین مقادیر واقعی و پیش بینی شده می باشد. در نتیجه این شبکه از کارایی مطلوبی برای آموزش، تعمیم و برآورد استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی Al-5083 اتصال FSW داده شده برخوردار است.

لحیمکاری سخت فولاد PH4-17 به آلیاژ Ti-6Al-4V با فلزپرکنندهBNi-2

همام نفاخ موسوی

در این پژوهش به بررسی پارامترهای دما و زمان بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد PH4-17 و آلیاژ Ti-6Al-4V با فلزپرکننده BNi-2 و به روش لحیمکاری سخت پرداخته می شود. ریزساختار اتصال با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و خواص مکانیکی اتصال نیز با تست کشش - برش و میکروسختی مورد ارزیابی قرار می گیرند. مشاهده می شود که در دمای ثابت C°1050، افزایش زمان از 15 به 30 دقیقه باعث کاهش استحکام برشی از 66/34 به 39/29 مگاپاسکال می شود. وجود ترکیبات ترد بین فلزی مانند NiTi2 و FeTi2، باعث شکست ترد و کاهش استحکام می شوند. در زمان ثابت 15 دقیقه، افزایش دما باعث می شود که استحکام از 66/34 به 46/38 مگاپاسکال افزایش یابد. همچنین افزایش دما– زمان باعث افزایش پهنای ISZ تشکیل شده در اتصالات در سمت فلزپرکننده Ti-6Al-4V از 40/41 به 48/81 میکرون می شود. افزایش دما– زمان همچنین موجب نفوذ بیشتر بور به فصل مشترک فولاد– فلزپرکننده شده که ترکیبات بورایدی مختلفی را تشکیل می دهد و باعث عریض تر شدن این ناحیه می شود.

مطالعه ریزساختار، تغییرات فازی و استحکام دمای بالا اتصال Hastelloy X - Ni3Al توسط فرایند TLP

علی کفلو

در این مقاله، خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرا (TLP) بین Hastelloy X به ترکیب بین فلزیNi₃Al در محدوده دمایی 900-800 مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار اتصال توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مطالعه شد. همچنین جهت بررسی تغییرات فازی در دماهای مختلف نیمه اتصال، از آزمون XRD دما بالا بهره گرفته شد. طبق مشاهدات میکروسکوپی، مقطع اتصال از سه منطقه متأثر از نفوذ، انجماد همدما و انجماد غیر همدما تشکیل شده بود که با افزایش دما و زمان فرایند، ناحیه انجماد همدما متشکل از محلول جامد غنی از نیکل در عرض ریزساختار گسترش یافت. استحکام اتصال بهینه در دمای °C1100 و زمان 180 دقیقه برابر با 4.5 ± 355 مگاپاسکال به دست آمد. استحکام برشی گرم در دماهای 800 و 900 به ترتیب به 1 ± 36.5 و 1 ± 20.5 مگاپاسکال اندازه گیری شد. شکست در سمت ترکیب بین فلزی در هر دو دمای آزمون به علت حضور حفرات انقباضی در حین مرحله انجماد ترکیب بین فلزی رخ داد.

تاثیر چگالی انرژی بر ریزساختار رسوب‌نشانی مستقیم لیزری سوپرآلیاژ استلایت6 روی فولاد زنگ‌نزن 316

سید رضا شجاع رضوی

با توجه به کاربرد فولاد 316 در تجهیزات حمل ونقل، فضایی و شیمیایی، افزایش عمر و بازسازی آن مورد تقاضای این صنایع است. در این پژوهش تأثیر چگالی انرژی لیزر بر ریزساختار و مشخصات هندسی شامل عرض، ارتفاع و آمیختگی روکش حاصل از رسو ب نشانی استلایت6 روی زیرلایه فولاد316 موردبررسی قرار گرفت. طراحی آزمایش با تغییرات چگالی انرژی از 40 تا 116 ژول بر میلی متر و تغییرات نرخ پودر در سطوحی بین 12 تا 20 گرم بر دقیقه انجام شد. برای ارزیابی نمونه ها از تصاویر میکروسکوپی نوری، الکترونی و آنالیز طیف سنجی پراش انرژی استفاده شد. نتایج نشان داد در ناحیه فصل مشترک با افزایش چگالی انرژی در نرخ پودرهای مختلف ابعاد بازوهای دندریتی اولیه از 5/1 میکرومتر با افزایش2 برابری به حدود 3 میکرومتر افزایش می یابد. به عبارت دیگر سرعت سرد شدن 2 برابر می شود. افزایش چگالی انرژی از 40 به 75 ژول بر میلی متر منجر به کاهش نسبت کبالت به کروم (مؤثر در خواص سایشی) از 2 به 7/0 و همچنین کاهش نسبت کبالت به آهن (کنترل کننده استحاله آلوتروپیک) از 35 به 3 در ناحیه دندریتی شد؛ این مسئله نشان دهنده نقش بسیار مهم چگالی انرژی بر ریزساختار و تحولات فازی است.

بررسی ریزساختار و هندسه جوش فولاد زنگ نزن 316L در جوشکاری تیگ فعال با استفاده از ارتعاشات فراصوت

فرهاد کلاهان

در این مقاله ما از روش تیگ فعال با استفاده از ارتعاش فراصوت (UV) برای جوشکاری فولادL316 استفاده کردیم. در طی فرآیند جوشکاری الکترود تنگستن و گاز بی اثر فعال (A-TIG) امواج صوتی با شدت بالا توسط یک ژنراتور اولتراسونیک فرکانس بالا با فرکانس کاری بهینه 3/20 کیلوهرتز و دامنه ارتعاش 8 میکرومتر، تولید شده و به حوضچه جوش مذاب که با نانوذرات SiO₂ به عنوان یک شار فعال کننده پوشش دهی شده است، وارد شد. اثر UV و نانوذرات بر هندسه جوش و ریزساختار جوش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با فرآیند جوشکاری تیگ معمولی مقایسه شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانوپودر در جوشکاری تیگ نه تنها می تواند عمق نفوذ جوش را حدود 5/17 درصد افزایش دهد، بلکه باعث کاهش 28 درصدی عرض مهره جوش (WBW) در مقایسه با جوشکاری تیگ معمولی می شود. این مقادیر در حضور امواج فراصوت به ترتیب به 25 درصد افزایش و 35 درصد کاهش می رسد. علاوه بر این، با افزودن نانومواد به حوضچه مذاب دانه ها ریزتر شد و امواج فراصوت به توزیع یکنواخت این نانوموادها در مذاب کمک کرده و درنهایت منجر به اصلاح ریزساختار جوش شده است.