مطالعه ریزساختاری و خواص مکانیکی درحین فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی در فولاد فریتی کم کربن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در مقاله حاضر، تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی در حین فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی با سرعت های دورانی و پیشروی متفاوت به‌ وسیله تست‌های کشش، سختی سنجی و متالوگرافی مورد بررسی قرار گرفت. جوشکاری توسط دستگاه فرز سنگین توسط دستگاه فرز سنگین بر روی فولاد کم کربن فریتی انجام شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شدند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که در سرعت پیشروی خیلی کم، سایش ابزار و ورود ذرات ماده ابزار اتفاق می‌افتد و همچنین انتخاب سرعت پیشروی خیلی بالا سبب تشکیل عیب کانال در سطح جوش می گردد. همچنین نتایج آزمون کشش نشان داد که نمونه‌های جوشکاری شده با سرعت پیشروی mm/min 100 از فلز پایه شکست و نمونه جوش شده mm/min 50 از ناحیه جوش شکست. و همچنین درصد ازدیاد طول به دلیل تحولات آلوتروپیک و ریزدانه شدن ساختار کاهش و استحکام تسلیم افزایش پیدا کرد. علاوه براین، نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی نواحی مختلف نسبت به فلز پایه افزایش‌یافته است و سختی از 155 ویکرز در فلز پایه به 210 ویکرز در ناحیه اختلاط افزایش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A study on microstructure development and mechanical properties during friction stir welding in a AISI 1018 mild steel

نویسندگان [English]

  • saman karami 1
  • Hamid Reza Jafarian 2
  • Shahram Kheirandish 3
  • Ali Reza Eivani 2
1 Metallurgy and Materials Engineering, iran university of science and technology
2 Assistant Professor, School of Metallurgy & Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Professor, School of Metallurgy & Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this study, change in microstructures and corresponding mechanical properties during friction stir welding are investigated. Microstructural analysis was carried out by optical microscope and electron microscope. Tensile test is done by uniaxial tensile test machine. The results proved that Abrasion of welding tool happened when the transverse speed is relatively low and as a result some WC particles originated from the welding tool is observed in the weldment. In contrast, in relatively high transverse speed causes formation of tunneling defect in weldment. The results from uniaxial tensile test illustrated that the specimen welded by transverse speed of 100 mm/min was fractured from base metal, however in case of transverse speed of 50 mm/min fractured was appeared in weldment area. Significant grain refinement in welded specimens resulted in increment of yield strength. Furthermore, harness measurements demonstrated that in weldment area the hardness value increased from 155 HV to 210 HV.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir welding
  • AISI 1018 mild steel
  • Microstructure
  • Mechanical properties
[1]      E. D. Nicholas, “Friction processing technologies,” Weld. World, vol. 47, no. 11–12, pp. 2–9, 2003.

[2]      M. Peel, A. Steuwer, M. Preuss, and P. J. Withers, “Microstructure, mechanical properties and residual stresses as a function of welding speed in aluminium AA5083 friction stir welds,” Acta Mater., vol. 51, no. 16, pp. 4791–4801, 2003.

[3]      R. S. Mishra and M. W. Mahoney, Friction stir welding and processing. ASM international, 2007.

[4]      H. Zhang, H. Wu, J. Huang, L. I. N. Sanbao, and W. U. Lin, “Effect of welding speed on the material flow patterns in friction stir welding of AZ31 magnesium alloy,” Rare Met., vol. 26, no. 2, pp. 158–162, 2007.

[5]      W. Lee and S. Jung, “The joint properties of copper by friction stir welding,” vol. 58, pp. 1041–1046, 2004.

[6]      H.-B. Chen, K. Yan, T. Lin, S.-B. Chen, C.-Y. Jiang, and Y. Zhao, “The investigation of typical welding defects for 5456 aluminum alloy friction stir welds,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 433, no. 1, pp. 64–69, 2006.

[7]      T. J. Lienert, W. L. Stellwag Jr, B. B. Grimmett, and R. W. Warke, “Friction stir welding studies on mild steel,” Weld. JOURNAL-NEW YORK-, vol. 82, no. 1, p. 1–S, 2003.

[8]      S. A. Khodir, Y. Morisada, R. Ueji, and H. Fujii, “Materials Science & Engineering A Microstructures and mechanical properties evolution during friction stir welding of SK4 high carbon steel alloy,” vol. 558, pp. 572–578, 2012.

[9]      H. Fujii, L. Cui, N. Tsuji, M. Maeda, K. Nakata, and K. Nogi, “Friction stir welding of carbon steels,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 429, no. 1, pp. 50–57, 2006.

[10]    L. Cui, H. Fujii, N. Tsuji, and K. Nogi, “Friction stir welding of a high carbon steel,” Scr. Mater., vol. 56, no. 7, pp. 637–640, 2007.

[11]    H.-H. Cho et al., “Microstructural analysis of friction stir welded ferritic stainless steel,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 528, no. 6, pp. 2889–2894, 2011.

[12]    Y. S. Sato, H. Yamanoi, H. Kokawa, and T. Furuhara, “Microstructural evolution of ultrahigh carbon steel during friction stir welding,” Scr. Mater., vol. 57, no. 6, pp. 557–560, 2007.

[13]    مصطفی جعفرزادگان، فیروز کارگر، توحید سعید، امیر عبداله زاده، فرشید مالک قائینی, “اثر سرعت جوشکاری همزن اصطکاکی بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن 304,” یازدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران, 1386.

[14]    م. صفرخانیان، مسعود گودرزی، محمد علی بوترابی, “بررسی اثر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بر ریز ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم T8- 2024 قبل و بعد از عملیات حرارتی,” دانشگاه علم و صنعت ایران, 1388.

[15]    R. S. Mishra and Z. Y. Ma, “Friction stir welding and processing,” Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 50, no. 1, pp. 1–78, 2005.

[16]    A. K. Lakshminarayanan, V. Balasubramanian, and M. Salahuddin, “Microstructure, tensile and impact toughness properties of friction stir welded mild steel,” J. Iron Steel Res. Int., vol. 17, no. 10, pp. 68–74, 2010.

[17]    T. Saeid, H. Assadi, and F. M. Ghaini, “Effect of friction stir welding speed on the microstructure and mechanical properties of a duplex stainless steel,” vol. 496, pp. 262–268, 2008.

[18]    M. M. Husain, R. Sarkar, T. K. Pal, N. Prabhu, and M. Ghosh, “Friction stir welding of steel: heat input, microstructure, and mechanical property co-relation,” J. Mater. Eng. Perform., vol. 24, no. 9, pp. 3673–3683, 2015.

[19]    M. Muneo, K. Yasushi, and I. Rinsei, “Applicability of Friction Stir Welding ( FSW ) to Steels and Properties of the Welds †,” vol. 20, no. 20, pp. 133–140, 2015.

[20]    M. Matsushita, Y. Kitani, R. Ikeda, S. Endo, and H. Fujii, “Microstructure and Toughness of Friction Stir Weld of Thick Structural Steel,” vol. 52, no. 7, pp. 1335–1341, 2012.

[21]    H. K. D. H. Bhadeshia and L. E. Svensson, “Modelling the Evolution of Microstructure in Steel Weld Metal,” pp. 109–182, 1993.

[22]    M. Jafarzadegan, A. H. Feng, A. Abdollah-zadeh, T. Saeid, J. Shen, and H. Assadi, “Microstructural characterization in dissimilar friction stir welding between 304 stainless steel and st37 steel,” Mater. Charact., vol. 74, pp. 28–41, 2012.

[23]    Y. S. Sato, T. W. Nelson, and C. J. Sterling, “Recrystallization in type 304L stainless steel during friction stirring,” Acta Mater., vol. 53, no. 3, pp. 637–645, 2005.

[24]    A. Rollett, F. J. Humphreys, G. S. Rohrer, and M. Hatherly, Recrystallization and related annealing phenomena. Elsevier, 2004.

[25]    S. Kou, Welding metallurgy. John Wiley & Sons, 2003.

[26]    احسان غریبشاهیان، عباس هنربخش رئوف، نادر پروین, “بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار فولاد خطوط لوله نفت جوش شده به روش اصطکاکی اغتشاشی,” دومین همایش بین المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن علمی ریخته گری ایران, 1392.

[27]    G. E. Dieter and D. J. Bacon, Mechanical metallurgy, vol. 3. McGraw-hill New York, 1986.