تشکیل ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک جوش نفوذی و جوش همزن اصطکاکی اتصال Al/Mg

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی نفت معدن و مواد دانشکده فنی مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

2 دانشکده فنی مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

چکیده

اتصال آلیاژ آلومینیوم 5083 و آلیاژ منیزیم 31 AZ به دو روش جوشکاری نفوذی و جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW) انجام شد. برای نمونه FSW از سرعت چرخش rpm400 و سرعت حرکت خطی mm/min50 استفاده شد. دمای اندازه گیری شده در این نمونه تا بیشینه °C435 در اطراف سمت پیشرونده ابزار افزایش یافت. چرخه دمایی نمونه FSW نشانگر یک ترازشدگی در دمای حدود °C430 بود که در حدود 8 ثانیه ادامه دارد. وجود این ترازشدگی دمایی، مبین آن است که با عبور پین از روی هر دماسنج، دما در آن دماسنج، ثابت باقی می‌ماند. این موضوع می‌تواند مبین آن باشد که احتمالا یک واکنش یوتکتیک اتفاق افتاده و همین موضوع سبب ثابت ماندن دما درلحظه عبور پین از روی دماسنج شده است. جوشکاری نفوذی در بیشینه دمایی که در هنگام FSW تجربه می‌شود (°C435) و مدت زمان اتصال‌دهی 60 دقیقه انجام شد. جوش دارای یک شکل نامتعارف در مرکز جوش اتصال نفوذی بود که سختی متفاوتی نسبت به دو فلز پایه از خود نشان داد. ناحیه دارای شکل نامتعارف در جوش نفوذی و فصل مشترک Mg و Alدر جوش همزن اصطکاکی، هردو حاوی حجم زیادی از ترکیبات بین‌فلزی‌ Al12Mg17 بوده و سختی کاملا بالاتری در مرکز جوش از خود نشان دادند. در تحقیق حاضر این نظریه مطرح شده که ذوب قانونمند و نفوذ در حالت جامد در فصل مشترک، باعث تشکیل ترکیب بین‌فلزی‌ Al12Mg17 به ترتیب در مرکز جوش نفوذی و جوش همزن اصطکاکی شده است و همین امر باعث افزایش سختی در ناحیه جوش گشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Intermetallic compound formation at the Interface of Diffusion Bond and Friction Stir Weld of Al/Mg joints

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ammar Mofid 1
  • Hamid Naeimian 2
1 Department of Petroleum, Mining and Material Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Petroleum, Mining and Material Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Dissimilar joining of Al5083 to MgAZ31 was performed through friction stir welding (FSW) and diffusion bonding (DB). A constant tool rotation rate of 400 rpm and travel speed of 50 mm/min was used for FSW. The peak temperature of this specimen was raised to maximum of 435°C at the advancing side of the FS weld. Thermal cycle of the FSW specimen showed a distinct plateau at about 430 °C, lasting for about 8 s. At the travel speed of 50 mm/min, the distance corresponding to 8 s is about7mm, which is the pin diameter. The presence of the temperature plateau indicates that the temperature at each thermocouple remained constant as the pin passed it. It further indicates that a eutectic reaction probably occurred, and kept the temperature constant as the pin passed by. The weld had an irregular shaped region in the weld center of DB weld and, having a different microstructure and hardness from the two base materials. The irregular shaped region in DB weld, contained a large volume of intermetallic compound Al12Mg17. The present study suggests that constitutional liquation and solid state diffusion at the interface resulted in the intermetallic compound formation in the weld center.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir weld
  • Diffusion bond
  • Temperature profile
  • Mg alloy
  • Interface microstructure
 [1] V. Firouzdor, S. Kou, Al-to-Mg friction stir welding effect of material position, travel speed, and rotation speed. Metall. Mater. Trans. A 2010, 41, 2914–2935.
 
[2] Y. Yan, D. T. Zhang, C. Qiu, W. Zhang, Dissimilar friction stir welding between 5052 aluminum alloy and AZ31 magnesium alloy. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2010, 20, S619–S623.
 
[3] U. F. H. Suhuddin, V. Fischer, J. F. dos Santos, The thermal cycle during the dissimilar friction spot welding of aluminum and magnesium alloy. Scr. Mater. 2013, 68, 87–90.
 
[4] D. Dietrich, D. Nickel, M. Krause, T. Lampke, M. P. Coleman, V. Randle, Formation of intermetallic phases in diffusion welded joints of aluminium and magnesium alloys,J.Mater.Sci.46, 2011, 357–364.
 
[5] M. Jafarian, M. SaboktakinRizi, M. Jafarian, M. Honarmand, H. R. Javadinejad, A. Ghaheri, M. T. Bahramipour, M. Ebrahimian, Effect of thermal tempering on microstructure and mechanical properties of Mg-AZ31/Al-6061 diffusion bonding.
 
[6] H. Wang, L. Liu, F. Liu, The characterization investigation of laser-arc-adhesive hybrid welding of Mg to Al joint using Ni interlayer. Mater. Des. 2013, 50, 463–466.
 
[7] D. X. Ren, L. M. Liu, Y.F. Li, Investigation on overlap joining of AZ61 magnesium alloy: Laser welding, adhesive bonding and laser weld bonding. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2012, 61, 195–204.
 
 [8] S. H. Chowdhury, D. L. Chen, S.D. Bhole, X. Cao, P. Wanjara, Lap shear strength and fatigue behavior of friction stir spot welded dissimilar magnesium-to-aluminum joints with adhesive. Mater. Sci. Eng. A 2013, 562, 53–60.
 
[9] M.A. Mofid, A. Abdollah-Zadeh, F. MalekGhaini, The effect of water cooling during dissimilar friction stir welding of Al alloy to Mg alloy. Mater. Des. 2012, 36, 161–167.
.
[10] D. H. Choia, B. W. Ahna, C. Y. Leec, Y. M. Yeon, K. Song, S. B. Jung, Formation of intermetallic compounds in Al and Mg alloy interface during friction stir spot welding. Intermetallics 2011, 19, 125–130.
 
[11] Y. S Sato, C. Park, Constitutional liquation during dissimilar friction stir welding of Al and Mg alloys. Scr Mater, 2004, 50:1233–1236.
 
[12] A. Gerlich, P. Su, T. H. North, Peak temperatures and microstructures in aluminium and magnesium alloy friction stir spot welds. Sci. Technol. Weld. Join. 2005, 10, 647–652.
 
[13] M.A. Mofid, A. Abdollah-Zadeh, F. MalekGhaini, C. H. Gur, Submerged Friction-Stir Welding (SFSW) Underwater and Under Liquid Nitrogen: An Improved Method to Join Al Alloys to Mg Alloys, Metallurgical and materials transactions A, 2012. 43, 5106-5114.
 
[14] M.J. Fernandus, T. Senthilkumar, V. Balasubramanian, S. Rajakumar. Optimizing diffusion bonding parameters in AA6061-T6 aluminum and AZ80 magnesium alloy dissimilar joints. J. Mater. Eng. Perform. 2012, 21, 2303–2315.
 
[15] J. Shang, K. H. Wang, Q. Zhou, D. K. Zhang, J. Huang, J.Q. Ge, Effect of joining temperature on microstructure and properties of diffusion bonded Mg/Al joints. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2012, 22, 1961–1966.
 
[16]D.Q.Sun, W.H.Liu, X.Y.Gu, Transient liquid phase bonding of magnesium alloy (Mg–3Al–1Zn) usingcopper interlayer. Mater. Sci. Technol. 2004, 20, 1595–1598.
 
[17]A.N.AlHazaa, Effect of Bonding Temperature on the Microstructure and Strength of the Joint between
Magnesium AZ31 and Ti-6Al-4V Alloys Using Copper Coatings and Tin Interlayers. Key Eng. Mater. 2017,735, 34–41.
 
[18]A.M.Atieh,T.I. Khan; Transient liquid phase (TLP) brazing of Mg–AZ31 and Ti–6Al–4V using Ni and Cusandwich foils. Sci. Technol. Weld. Join. 2014, 19, 333–342.
 
[19]B. C.Zhou, S. L.Shang, Y.Wang; Z.K. Liu, Data set for diffusion coefficients of alloying elements in diluteMg alloys from first-principles. Data Brief 2015, 5, 900–912.
 
[20]J.Dai, B.J. Jiang, The solidification of multicomponent alloys. Phase Equilib. Diffus. 2015, 36, 4–18.
 
[21] A. C. Somasekharan, L. E. Murr, Microstructures in friction-stir welded dissimilar magnesium Alloys and magnesium Alloys to 6061-T6 Aluminum Alloy, Mater.Charact.52(2004) 49–64.
 
[22]A.A. McLean, G.L.F. Powell, I.H. Brown, and V.M. Linton: Sci.Tech. Weld. J., 2003, vol. 8, pp. 462–64.
 
[23] ASTM Committee A01 (2010) A1038–10 standard practice for portable hardness testing by the ultrasonic contact impedancemethod.
 
[24] ASM International: ASM Handbook, vol. 3: Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park, OH, 1998.
 
[25] R. Zettler: Adv. Eng. Mater., 2006, vol. 8, pp. 415–21.
 
[26] A. K. Kostka, R. S. Coelho, J. dos Santos, and A.R. Pyzalla: Scripta Mater., 2009, vol. 60, pp. 953–56.
 
[27] D. Yashan, S. Tsang, W. L. Johns, M. W. Doughty. Weld J 1987; 66:27.
 
[28]U. F. H. Suhuddin, V. Fischer, J. F. dos Santos, The thermal cycle during the dissimilar friction spot welding of aluminum and magnesium alloy, ScriptaMaterialia, 68(1), 2013, 87-90.
[29] L. Liu, L. Zhao, R. Xu, Effect of interlayer composition on the microstructure and strength of diffusion bonded Mg/Al joint, Mater. Des. 30(2009) 4548–4551.