تأثیر حرارت ورودی بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ91 با استفاده از فرایند GTAW

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات تهران

2 استادیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات تهران

3 استادیار دانشکده مکانیک دانشگاه شهید رجایی تهران

چکیده

در این پژوهش ‏تاثیر حرارت ورودی بر روی ریزساختار وخواص مکانیکی اتصال آلیاژ منیزیم AZ91 مورد بررسی قرار گرفت به طوری که درآن، حالت اتصال به صورت لب به لب بوده و عملیات اتصال در سه حرارت ورودی مختلف(به ترتیب 267،449 و J/mm688) با استفاده از فرایند جوشکاری قوسی تنگستنی تحت محافظت گاز خنثی(GTAW) انجام پذیرفت. مشاهدات ریزساختاری با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ، نشان داد که با افزایش حرارت ورودی اندازه دانه‏ها در هر دو منطقه جوش و منطقه ذوب جزئی شده(PMZ) درشت‏تر شده و پهنای این مناطق افزایش یافته است. علاوه بر این، افزایش حرارت ورودی تا J/mm688 ‏باعث تغییر مورفولو‍ژی فاز یوتکتیک β در هر دو منطقه جوش و ذوب جزئی شده (بخصوص در منطقه جوش) می‌شود به این ترتیب که از حالت پیوسته به شکل منقطع و دانه‏ای در می‌آید و توزیع آن از حالت مرز دانه‏ای به حالت پراکنده تغییر می‏یابد.
نتایج تست کشش نشان می‌دهد که در حرارت ورودی بالا(J/mm688) به دلیل ایجاد حفره‏های گازی در منطقه جوش استحکام حاصله به  MPa114 می‌رسد که در مقایسه با حرارت ورودی پایین‏‏تر(J/mm267) حدود %21 کاهش را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy with using GTAW process

نویسندگان [English]

  • Farzad Rafiee 1
  • Alireza Khodabandeh 2
  • Bahram Nami 3
  • N. Bani Mustafa arab4 3
چکیده [English]

In this study, the effect of heat input on microstructure and mechanical properties of magnesium alloy, AZ91, were investigated. The butt welding was carried out at three different heat inputs (269, 452, and 657 J/mm), using a tungsten arc welding process under the protection of inert gas (GTAW). Microstructure observation with optical (OM) and scanning electron, microscopes (SEM) showed that with an increase of the heat input, the grains both in the fusion zone and the heat-affected zone coarsen and the width of the heat-affected zone increased. Moreover, an increase of the heat Input up to 657 J/mm resulted in a decrease of the continuous β-Mg17Al12 phase and an increase of the granular (particularly in weld area) and randomly dispersed. The results of tensile tests show that at high heat input the welding strength will decrease to 114 MPa, due to creation of gas voids in the welding area. This value is 21% less than that observed for lower heat input (269 J/mm).

کلیدواژه‌ها [English]

  • AZ91 magnesium alloy
  • Heat input
  • tungsten arc welding process
  • Microstructure
  • Mechanical properties
  • Fractography

1- K.N.Braszczyn, ska-Malika, M.Mroz, 2011, ‎″‎Gas-tungsten arc welding of AZ91 magnesium alloy‎″‎, Journal of Alloys and Compounds, 509, pp. 9951– 9958.

2- X. Cao, M. Jahazi, J.P. Immarigeon, W. Wallace, 2006, ‎″‎ A review of laser welding techniques for magnesium ‏alloys″, Journal of Materials Processing Technology, 171, pp. 188–204.

3- Tianping Zhu, ‏Zhan W.Chen, Wei Gao , 2006, ‎″‎ Incipient melting in partially melted zone during arc welding of AZ91D magnesium alloy‎″‎, Materials Science and Engineering A, 416, pp. 246–252.

4- Dong Min, Jun Shen, Shiqiang Lai, Jie Chen, 2009, ‎″‎ Effect of heat input on the microstructure and mechanical properties of tungsten inert gas arc butt-welded AZ61 magnesium alloy plates ‎″, Material Characterision,60,pp.1583-1590.‎‎

5- Arne K.Dahle, Young C. Lee, Mark D. Nave, Paul L. Schaffer, David H. ‎StJohn., 2001, ‎″ Development of the as cast microstructure in magnesium-aluminium alloys‎″‎, ‏Journal of Light Metals, 1, pp.61-72.

6- T.P.Zhu, Z.W.Chen, W.Gao, 2007, ‎″‎ partial melting and re-solidification in partially melted zone ‎during gas tungsten arc welding of AZ91‎‏‎ cast alloy ‎″‎. Trans. Non ferrous ‏Met. Soc. China, 17, pp. 342-346.

7- W.Zhou, T.Z.Long, C.K.Mark, 2007, ‎″‎Hot cracking in tungsten inert gas welding of magnesium alloy AZ91D‎″‎,Materials Science and Technology, vol 23, No 11, pp. 1294-1299.

8- Tianping ‏Zhu, Zhan W. Chen, Wei Gao, 2008, ‎″‎ Microstructure formation in partially melted zone during gas tungsten arc welding of AZ91 Mg cast alloy‎″‎, Material Characterision, 59, pp1550 –1558.

9-Kou Sindo, 2002, ″Welding metallurgy″, 2nd ed, A Wiley-Inter science publication

10- L.A. Dobrza´nski , ‏T. Ta´nski , L.ˇC´ıˇzek, ‏Z. Brytan, 2007, ‎″‎ Structure and properties of magnesium cast alloys ‎″‎, Journal of Materials Processing Technology, 192–193, pp. 567–574.

11- A.Kierzek, J.Adamiec, 2011, ‎″‎Evaluation of susceptibility to hot cracking of magnesium alloy joints in ‎variable stiffness condition ‎″‎ Archives of metallurgy and materials, Vol 56, Issue 3‎, pp.759-768.

12- A. Munitz, C. Cotler, A. Stern, G. Kohn, 2001, ‎″‎Mechanical properties and microstructure of gas tungsten arc welded magnesium AZ91D plates‎″, Mater Sci Eng A, 302, pp.68–73.

14- Y.Z Lü , Q.D Wang, W.J Ding, X.Q Zeng, Y.P Zhu, 2000, ‎″‎ Fracture behavior of AZ91 magnesium alloy‎″‎, Materials Letters, Vol 44, Issue 5, pp.265-268.

15- Choong Do Lee, 2007, ‎″‎ Effect of grain size on the tensile properties of magnesium alloy ‎″‎, Materials Science and Engineering A, 459, pp. 355–360.

16- Choong Do Lee a, Kwang Seon Shin, 2007, ‎″‎ Effect of micro porosity on the tensile properties of AZ91magnesium alloy ‎″‎, Materials Science and Engineering A, 459, pp. 355–360.