بررسی تاثیر عملیات حرارتی فلز پایه بر ریزساختار آلیاژ برنج پس از فرایند اصطکاکی اغتشاشی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک، داننشگاه تبریز،

2 کارشناس ارشد، گروه مواد، دانشکده مهندسی مکانیک ، موسسه غیرانتفاعی دانش پژوهان،

3 استادیار ، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز،

چکیده

مس و آلیاژهای آن به علت داشتن ویژگی‌هایی از قبیل استحکام و داکتیلیته خوب، مقاومت به خوردگی بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی بالا در مهندسی مواد بسیار کاربرد دارند. محدودیت جوشکاری مس و برنج‌ها در درجه اول ناشی ضریب بالای هدایت حرارتی آن‌ها و در درجه دوم از تبخیر فلز روی و در مرحله بعدی جذب هیدروژن و شکننده شدن درز جوش است. لذا برای غلبه بر این مشکلات فرایند اصطکاکی اغتشاشی به همراه عملیات حرارتی آنیل و کوئنچ مواد اولیه مورد استفاده قبل از فراوری قرار گرفت. با استفاده از نرم‌افزار Digimiazer اندازه دانه‌ها در فلز پایه و دکمه جوش نمونه‌های جوشکاری شده محاسبه گردید. هم‌چنین برای بدست آوردن درصد فازی در نمونه‌ها از نرم‌افزار Clemex استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که تبخیر فلز روی اتفاق نیافتاده است و ریزتر بودن دانه‌های نمونه‌ی آنیل شده، باعث دست-یابی به ریزسختی بالاتر شده است. به علت وجود عنصر روی به‌عنوان عنصرآلیاژی محلول در فاز α، در برنج‌های تک‌فاز و فاز α و β در برنج دوفازی، سختی فاز α باعث ایجاد کرنش شدید در ناحیه جوش شده، محل‌های جوانه‌زنی بیشتری را در اثر تغییرشکل پلاستیک شدید بوجود آورده که باعث ریزتر شدن دانه‌ها در فرایند تبلور مجدد دینامیکی می‌گردد. ناحیه ی SZ دارای دانه های تبلور مجددیافته دینامیکی با ساختار دو فازی α وβ بوده که درصد فازα برابر 58 درصد و فازβ، 42 درصد می باشد که باتوجه به ریزساختار فلز پایه از مقدار فازβ کاسته شده و به مقدار فازα افزوده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

investigation into the effect of Heat Treatment Base Metal on the microstructure of Friction Stir Processed Brass

نویسندگان [English]

  • Arvin Taghizadeh Tabrizi 1
  • Saeid Shaker 2
  • Tohid Saeid 3
  • Mahdi Mozammel 3
1 PhD Student of Materials Engineering, Materials Engineering Department, University of Tabriz,
2 MSc Graduated of Materials Engineering, Faculty of Mechanic Engineering, Materials Department, Danesh Pajuhan University of Isfahan,
3 Associate Professor of Faculty of Materials Engineering, Sahand University of Technology,
چکیده [English]

Copper has been widely applied in many areas for its high electrical and thermal conductivities, favorable combinations of strength and ductility, and excellent resistance to corrosion. However, it’s difficult to join commercial pure copper by conventional fusion welding processes due to the influence of oxygen, hydrogen, impurity and high thermal conductivity. To overcome these difficulties, in this study, we used a friction stir processing procedure and annealed and quenched raw materials. Grain sizes in base metal and stir zone were calculated by using the Digimaizer and also the phase percent was calculated by Clemex. Results show that there was no zinc evaporation happened and due to the finer microstructure of 63BA, the higher microhardness was obtained. Due to the presence of zinc element as an alloying element, α phase in single phase and α and β phase in dual phases matrix, and also the hardness of α phase in stir zones, there are many preferred places to nucleate which formed during plastic deformation and obtained fine grain microstructure. The stir zone has the dynamic crystallized grains including two phases microstructure, α, and β where the amount of α phase is 58 % and β phase is 42 % which with considering the base metal structure, the amount of β is reduced and the amount of α phase is increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat treatment
  • Copper Alloys
  • Zinc Evaporation
  • Friction stir processing
 [1] Y.A. Sorkhe, H. Aghajani & A.T. Tabrizi, “Mechanical alloying and sintering of nanostructured TiO2 reinforced copper composite and its characterization”, Materials and Design 58 (2014) 168-174

[2] Y.A. Sorkhe, H. Aghajani & A.T. Tabrizi, “Synthesis and characterization of Cu-TiO2 nanocomposite produced by thermochemical process”, Powder Metallurgy (2015)

[3] Sh.Sh. Javaherian, H. Aghajani & P. Mehdizadeh, “Cu-TiO2 composite as fabricated by SHS method”, International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis 23 (2014) 47-54

[4] ASM Metals Handbook, Properties and selection, Nonferrous Alloys and Special Purpose Materials, ASM International Handbook Committee, Vol. 2, (1992)

[5] W.F. Smith, “Structure and Properties of Engineering Materials”, McGraw-Hill, (1987)

[6] Ch.R. Brooks, “Heat Treatment Structure, and Properties of Nonferrous Alloys”, ASM International Handbook Committee, (1982)

[7] R. Otes, The Welding Handbook, American Welding Society, Ohio, USA, (1998), 163-173

[8] R.S. Mishra, M.W. Mahoney, “Friction Stir welding and Processing”, ASM Internationals 2007

[9] A. Heidarzadeh & T. Saeid, “Prediction of mechanical properties in friction stir welds of pure copper”, Materials & Design 52 (2013) 1077-1087

[10] L.S. Raju & A. Kumar, “Microstructure & mechanical characterization of friction stir welded copper”, International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering 2 (2013) 640-643

[11] J.J. Shen, H.J. Liu & F. Cui, “Effect of welding speed on microstructure and mechanical of friction stir welded copper”, Materials and Design 31 (2010) 3937-3942

[12] O.O. Ajayi & C.L. Martin, “Enhancement of bronze alloy surface properties by FSP second phase particle incorporation”, Wear, Volumes 367-377, Part B, (2017), 1055-1063

[13] G. Huang, W. Hou, J. Li & Y. Shen, “Development of surface composite based on Al-Cu system by friction stir processing: Evaluation of microstructure, formation mechanism and wear behavior”, Surface and Coating Technology, Volume 344, (2018), 30-42

]14[سعید شاکر، توحید سعید، مهدی مزمل، آروین تقی­زاده تبریزی، "بررسی رفتار خوردگی مس فرآوری شده به روش همزن اصطکاکی در محیط کلریدی"، شانزدهمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی و پنجمین کنفرانس ملی آزمایش­های غیرمخرب 2015، یزد، ایران

]15[ سعید شاکر، توحید سعید، مهدی مزمل، آروین تقی­زاده تبریزی، "رفتار خوردگی آلیاژهای پایه مس فرآوری شده به روش همزن اصطکاکی"، نهمین کنفرانس بین­المللی متالورژی 2015، تهران، ایران

[16] M. Barmouz, P. Asadi, M.K. Besharati & M. Taherishargh, “Investigation of mechanical properties of Cu/SiC composite fabricated by FSP: Effect of SiC particles size and volume fraction”, Materials Science and Engineering A, Volume 528, (2011), 1740-1749

[17] P. Xue, B.L. Xiao & Y. Ma, “Enhanced strength and ductility of friction stir processed Cu-Al alloys with abundant twin boundaries”, Scripta Materialia, Volume 68, (2013), 751-754

[18] A. Heidarpour, Y. Mazaheri, M. Roknian & S. Ghasemi, “Development of Cu-TiO2 Surface nanocomposite by friction stir processing: Effect of pass number on microstructure, mechanical properties, tribological and corrosion behavior”, Journal of Alloys and Compounds, Volume 738, (2019), 886-897

[17] A. Mohammadzadeh, M. Azadbeh & H. Danninger, „ Microstructural coarsening during supersolidos liquid phase sintering of alpha brass“, Powder Metallurgy (2015)

[18] H.S. Park, T. Kimura, T. Murakami, Y. Nagani, K. Nakata, M. Ushio, “Microstructure and mechanical properties of friction stir welds of 60%Cu-40%Zn    copper alloy”, Materials Science and Engineering A 371 (2004) 160-169

[19]Xie, G. M., Z. Y. Ma, and L. Geng. "Development of a fine-grained microstructure and the properties of a nugget zone in friction stir welded pure copper." Scripta Materialia 57, no. 2 (2007): 73-76.

[20] M. Sarvghad Moghaddam, R. Parvizi, M. Haddad-Sabzevar, A. Davoodi, “Microstructure and mechanical properties of friction stir welded Cu-30Zn brass alloy at various feed speed: influence of stir bands”, Materials and Design 32 (2011) 2749-2755

 

[21] W.-Bae Lee, S.-Boo Jung, “The joint properties of copper by friction stir welding”, Materials Letters 58 (2004) 1041-1046

[22] J.Q. Su, T.W. Nelson, T.R. McNelly & R.S. Mishra, “Development of nanocrystalline structure in Cu during friction stir processing (FSP)”, Materials Science and Engineering A, Volume 528, (2011), 5458-5464