Riċerka dwar il-proċess tal-iwweldjar bil-frizzjoni li tħawwad bejn ir-ram T2 u l-materjali differenti tar-ram H62
Astratt: Ir-riċerka tal-proċess tal-iwweldjar bil-frizzjoni tħawwad saret fuq materjali differenti tar-ram T2 u ram H62. Il-formazzjoni tal-weldjatura, il-mikrostruttura konġunta u l-proprjetajiet mekkaniċi konġunti tar-ram u ram bi ħxuna ta 'pjanċa differenti taħt diversi parametri tal-proċess ġew analizzati b'mod sperimentali. Id-distribuzzjoni taż-żewġ materjali fil-ġonta u l-kompożizzjoni tal-fażi fil-junction ġew analizzati minn perspettiva mikroskopika. L-esperimenti juru li l-parametri xierqa tal-proċess tal-iwweldjar jistgħu jiksbu ġonta tar-ram-ram bi struttura u prestazzjoni eċċellenti, u hemm żona ta 'tranżizzjoni fil-junction tal-ġonta. , materjal ta 'transizzjoni b'wisa' ta 'madwar 1 sa 10 μm. L-istudju sab ukoll li l-mikroebusija u s-saħħa medja tat-tensjoni tal-ġonta huma bejn ir-ram u r-ram.
Kliem ewlieni: iwweldjar bil-frizzjoni; metalli differenti; ram; ram; parametri tal-iwweldjar
Numru tal-klassifikazzjoni CLC: TG453 Kodiċi ta 'identifikazzjoni tad-dokument: A
Fl-industrija moderna, ħafna drabi huwa meħtieġ li jiġu wweldjati materjali bi proprjetajiet differenti f'partijiet komposti sabiex mhux biss jissodisfaw diversi rekwiżiti ta 'prestazzjoni, iżda wkoll jiffrankaw materjali ta' valur u jitnaqqsu l-ispejjeż. Madankollu, minħabba d-differenzi kbar ta 'prestazzjoni bejn metalli differenti, il-kombinazzjonijiet huma diversi u r-rekwiżiti għall-ġonot tagħhom huma differenti, għalhekk metalli differenti huma ġeneralment ħafna aktar diffiċli biex jiġu wweldjati mill-istess metall.
Friction stir welding (FSW) huwa metodu ta 'wweldjar li juża s-sħana tal-frizzjoni bħala sors ta' sħana, magħruf ukoll bħala teknoloġija tal-iwweldjar ta 'fażi solida. Mill-bidu tiegħu, dan il-metodu ġibed attenzjoni mifruxa minn riċerkaturi domestiċi u barranin u ntuża b'suċċess. Jintuża prinċipalment għall-iwweldjar ta 'ligi tal-aluminju. Espandiet gradwalment għall-iwweldjar ta 'ligi tal-manjeżju, ligi tar-ram, ligi tat-titanju, azzar li ma jissaddadx u materjali oħra [1 ~ 6]. Bħalissa hemm ftit rapporti dwar ir-riċerka dwar l-iwweldjar bil-frizzjoni ta' metalli differenti [7]. Dan l-artikolu It-test tal-proċess FSW sar prinċipalment fuq metalli differenti tar-ram T2 u tar-ram H62. Ġew studjati l-parametri tal-proċess li jaffettwaw il-kwalità tal-ġonta tar-ram-ram u l-komponenti tal-fażi ffurmati matul il-proċess tal-iwweldjar. Ġew studjati wkoll il-mikrostruttura tal-weldjatura u l-proprjetajiet tal-ġonta. Il-proprjetajiet mekkaniċi ġew analizzati.
1. Metodi sperimentali
It-test juża ram T2 ta '2 mm ħxuna u ram H62 u ram T2 ta' 4 mm u ram H62 bħala materjali sperimentali rispettivament. Fuq il-magna tal-iwweldjar li tħawwad bil-frizzjoni SW-3LM-015, l-esperiment FSW sar fuq il-pjanċa tar-ram-ram. Esperiment Meta weldja ligi tar-ram, uża ras ta 'frizzjoni adattata għall-iwweldjar ta' ligi tar-ram. It-tul tal-labra li tħawwad huwa 0.2 mm sa 0.3 mm iqsar mill-ħxuna tal-pjanċa wweldjata. L-angolu bejn id-direzzjoni u l-linja vertikali tal-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol huwa ta '2 gradi. Billi nibdlu l-parametri tal-proċess, nistgħu niksbu l-aħjar riżultati. Forma u kwalità tal-ġonta ottimali. Wara li jitlesta l-iwweldjar, aqta 'l-kampjun meħtieġ fid-direzzjoni perpendikolari għall-weldjatura. Il-kampjun metallografiku ppreparat huwa msaddad b'soluzzjoni ta 'alkoħol ta' aċidu idrokloriku tal-ferric chloride (10 g FeCl3, 6 ml HCl, 40 ml ta 'H2O, 60 ml ta' C2H5OH). Meta l-inċiżjoni, in-naħa tar-ram tiġi nċiżi l-ewwel, u mbagħad in-naħa tar-ram tiġi nċiżi. Wara l-inċiżjoni, mikroskopji ottiċi fuq skala kbira MEF3 u diffrazzjoni tar-raġġi X ADVANCE 8D intużaw biex janalizzaw l-istruttura u l-oġġetti taż-żona tal-junction. Il-kompożizzjoni tal-fażi ġiet analizzata, u l-mikroebusija u l-proprjetajiet mekkaniċi tal-ġonot ġew ittestjati.
2. Riżultati u analiżi sperimentali
2.1 Effett tal-parametri tal-proċess fuq il-formazzjoni tal-wiċċ tal-weldjatura
Matul il-proċess tal-iwweldjar bil-frizzjoni ħawwad, peress li t-temperatura tan-naħa li tavvanza hija aktar baxxa minn dik tan-naħa tar-ritorn, u l-konduttività termali u t-temperatura tal-punt tat-tidwib tar-ram aħmar huma ogħla minn dawk tar-ram, ir-ram jitqiegħed l-aktar fuq in-naħa li tavvanza u ram aħmar jitqiegħed fuq in-naħa tar-ritorn waqt l-iwweldjar. Esperiment Uħud mill-parametri tal-proċess tal-iwweldjar użati huma murija fit-Tabella 1. Tabella 1 Parametri tal-proċess tal-iwweldjar bil-frizzjoni ħawwad ta 'materjali mhux simili tar-ram u ram.
Il-Figura 1 turi l-formazzjoni tal-wiċċ tal-iwweldjar ta 'ram T2 ta' ħxuna ta '2 mm u ram H62 waqt l-iwweldjar bil-frizzjoni li ħawwad taħt kundizzjonijiet ta' proċess differenti. In-naħa ta 'fuq tal-istampa hija n-naħa ta' quddiem - ram, u n-naħa t'isfel hija n-naħa tar-ritorn - ram. Mill-Figura 1c, Jista 'jidher minn d li meta l-biċċa tax-xogħol hija rqiqa, il-veloċità tar-rotazzjoni tar-ras tal-frizzjoni għandha impatt akbar fuq il-formazzjoni tal-wiċċ. Meta l-veloċità tar-rotazzjoni hija 700 r/min, il-firxa tal-għażla tal-veloċità tal-iwweldjar hija relattivament kbira, għalhekk għalkemm il-veloċità tal-iwweldjar tiżdied, il-veloċità tal-iwweldjar Il-formazzjoni tal-wiċċ tal-ħjata tibda tiddeterjora. Dan għaliex iż-żieda fil-veloċità tar-rotazzjoni żżid ħafna l-input tas-sħana għal kull unità ta 'tul tal-weldjatura, u tagħmel il-proprjetajiet tal-fluss tal-materjal agħar. Mod ieħor biex tiżdied is-sħana huwa li tiżdied il-pressjoni tal-ispalla tar-ras tal-frizzjoni. Peress li l-pjanċa hija rqiqa, is-sħana ġġenerata mill-frizzjoni tal-ispalla għandha rwol ewlieni. Fl-istess veloċità ta 'rotazzjoni, il-kontribuzzjoni tal-pressjoni ta' l-ispalla għas-sħana hija differenti. Figura 1a u Figura 1b huma meta l-veloċità tar-rotazzjoni tibqa 'mhux mibdula u l-veloċità tal-iwweldjar tinbidel. Fid-dijagramma tal-iffurmar tal-wiċċ miksuba, minħabba l-ammont kbir ta 'pressjoni u sħana ġġenerata mir-ras tal-frizzjoni fil-Figura 1b, iċ-ċirku li jifforma l-wiċċ jidher irregolari fid-daqs.
2.2 Mikrostruttura konġunta u analiżi tal-fażi tal-interface
Il-Figura 2 hija morfoloġija ta 'sezzjoni trasversali ta' ġonta FSW tar-ram ta 'ħxuna ta' 4 mm u ram H62. In-naħa tal-lemin tal-istampa hija n-naħa ta 'quddiem - ram, u n-naħa tax-xellug hija n-naħa tar-ritorn - ram. Kif jidher mill-istampa, id-differenza bejn ir-ram aħmar u ram it-Taħlit prinċipalment iseħħ fiż-żona nugget tal-weldjatura, u t-tnejn fluss lil xulxin. Hemm struttura taċ-ċirku tal-basal fiż-żona tan-nugget tal-weldjatura, rappreżentata minn A fil-figura [8]. Il-komponent ewlieni f'dan il-qasam huwa ram, u ram aħmar huwa drogat biss f'ammont żgħir. Sadanittant, iż-żona mħallta hija kbira
F'xi żoni, it-tnejn huma sporġenzi f'forma ta 'blokk ta' żona kbira konnessi flimkien. Il-materjal trasferit matul il-proċess tat-taħlit tar-ram fuq il-lemin (naħa ta 'quddiem) huwa prinċipalment fil-medda tad-dijametru tal-ispalla u n-nofs tal-labra li tħawwad, misjuqa mill-ispalla Il-metall tal-plastik fuq in-naħa li tavvanza jkopri l-wiċċ tal-metall fuq in-naħa tar-ritorn, filwaqt li r-ram tax-xellug (in-naħa tar-ritorn) jimxi fuq iċ-ċentru tan-nugget tal-weldjatura lejn in-naħa li tavvanza mmexxija mir-rotazzjoni tal-ispalla tax-xaft u l-labra li tħawwad. Il-materjal qrib l-ispalla jista 'jilħaq in-naħa sħuna tan-naħa li tavvanza. Żona affettwata mekkanikament. Il-metall fiż-żona tan-nugget tal-weldjatura jitħawwad u jitħallat ma 'xulxin minħabba deformazzjoni u fluss qawwija ta' shear tal-plastik [9,10]. Il-fluss tal-metall f'din iż-żona attwalment jiċċaqlaq madwar il-labra li tħawwad skond ċerti regoli. Fl-aħħarnett, l-istruttura taċ-ċirku tal-basal f'A fil-figura hija ffurmata. Mill-analiżi tas-sitwazzjoni tal-fluss tar-ram fil-figura, wieħed jista 'jara li l-fluss tal-materjal fuq in-naħa ta' quddiem huwa maqsum fi tliet sitwazzjonijiet: waħda hija li l-metall qrib it-tarf tal-labra li tħawwad jiċċirkola 'l quddiem minn isfel għal fuq; l-ieħor huwa Il-fluss taċ-ċirku tal-basal jidher fin-nofs tal-labra li tħawwad, iżda fuq in-naħa ta 'quddiem, dan il-fluss huwa konsistenti mad-direzzjoni tal-fluss fl-aħħar; it-tielet, fenomenu tal-vortiċi tal-plastik jidher fuq il-mudell tal-fluss taċ-ċirku tal-basla. Ir-ram B li jidher fuq in-naħa ta 'quddiem huwa 'l fuq mit-tarf tal-labra li tħawwad. Jiċċirkola 'l quddiem minflok ma jiċċaqlaq mill-istess għoli tar-ram madwar id-dahar tal-labra li tħawwad. Sitwazzjoni simili sseħħ ukoll fil-ġonta T2/H62 tal-pjanċa rqiqa. Minħabba l-ħxuna żgħira, iż-żewġ materjali huma konnessi flimkien fi pjan inklinat, u fin-nugget tal-weldjatura Iż-żona fejn jidher xi ram aħmar hija mħallta kompletament fir-ram.
Il-Figura 3 hija dijagramma tal-mikrostruttura ta 'partijiet differenti meta mqabbla mal-Figura 2. Jista' jidher mill-figura li d-daqs u l-forma tal-ħbub f'kull żona tal-ġonta huma differenti, u minħabba l-eżistenza ta 'żoni mħallta, il- sitwazzjoni fil-ġonta hija aktar ikkumplikata. Figura 3a turi l-erja Materjal omm tar-ram, differenti minn meta tiwweldja l-istess tip ta 'ram, il-ħbub tar-ram ħdejn iż-żona tar-ram jiżdiedu b'mod sinifikanti, kif muri fil-Figura 3b, 3d. Dan għaliex il-koeffiċjenti tal-konduzzjoni tas-sħana fuq iż-żewġ naħat tar-ras tal-frizzjoni huma differenti. Minħabba li t-temperatura tar-ram aħmar hija għolja, il-konduttività termali hija tajba. , ammont kbir ta 'sħana huwa trasferit min-naħa tar-ram, u r-ram qrib in-naħa tar-ram huwa fiż-żona nugget tal-weldjatura, u l-konduzzjoni tas-sħana fuq iż-żewġ naħat hija bil-mod, li tirriżulta f'ħin twil ta' residenza f'temperatura għolja f'din iż-żona, b'hekk jikkaġunaw il-ħbub tar-ram f'din iż-żona jikbru. Fuq in-naħa tar-ram, minħabba li s-sħana tad-dħul hija għolja wisq, il-ħbub jikbru fi ħbub ekwiaxe oħxon. Fiż-żona nugget tal-weldjatura, minħabba li ż-żewġ materjali mhumiex imħallta b'mod uniformi, il-forma tal-qamħ tiżdied b'mod sinifikanti fiż-żona fejn ir-ram huwa kemmxejn imħallat, filwaqt li fl-uniku Il-ħbub tar-ram fiż-żona huma akbar b'mod sinifikanti minn dawk tar-ram, u l- il-ħbub tar-ram huma fini u mqassma b'mod uniformi, kif muri fil-Figura 3c. Il-Figura 3f turi l-mikrostruttura taż-żona tar-ram affettwata termomekkanikament fuq in-naħa ta 'quddiem. Meta mqabbel man-naħa tar-ritorn, din iż-żona għandha fruntiera ovvja, b'żewġ linji diviżorji. Iż-żewġ naħat huma komposti minn ħbub b'differenzi ovvji fid-daqs. Meta tiġi analizzata l-istampa makroskopika, jinstab li l-linji diviżorji fuq iż-żewġ naħat taż-żona tan-nugget tal-weldjatura huma bażikament simetriċi fir-rigward taż-żona tal-nugget tal-weldjatura. Dan huwa kkawżat mit-temperatura baxxa tal-punt tat-tidwib tar-ram. Fil-każ ta 'ram aħmar u ram, huwa Interpenetrazzjoni sseħħ fil-junction ta' konnessjonijiet blokk, iżda ż-żona ta 'penetrazzjoni hija estremament dejqa. Fil-ġonta T2/H62, għalkemm il-ħbub fuq in-naħa tar-ram jgħaddu minn rikristallizzazzjoni dinamika u rkupru dinamiku matul il-proċess tal-iwweldjar, meta mqabbla man-naħa tar-ram, il-ħbub huma iżgħar. Il-bidla fid-daqs tal-partiċelli mhix ovvja. Min-naħa l-oħra, f'ġonot iwweldjati tal-metall differenti, il-kundizzjoni tal-konnessjoni fl-interface taż-żewġ materjali għandha rwol importanti fil-proprjetajiet mekkaniċi tal-ġonta. Skont il-veduta makroskopika tal-ġonta, wieħed jista 'jara li ħafna mill-forom ta' konnessjoni taż-żewġ materjali huma komposti minn Tikkonsisti f'żoni b'linji ta 'diviżjoni ovvji, bi ftit żoni mħallta biss. Mill-ġonot fil-Figura 4, wieħed jista 'jara li hemm fażijiet fil-junction li huma differenti miż-żewġ materjali, b'wisa' ta 'madwar 10 μm, u distribuzzjoni bħal faxxa tul il-linja tal-junction. Figura Il-fażi sewda tinfiltra fil-fażi bajda fil-junction fi 3a, li tindika li ż-żewġ materjali huma prinċipalment konnessi flimkien permezz ta 'bonds tal-metall. Id-diffrazzjoni tar-raġġi X ADVANCE 8D intużat biex twettaq analiżi tal-fażi fil-junction, kif muri fil-Figura 5. Permezz tal-analiżi Instab li minbarra l-materjali bażi tar-ram u r-ram, deher ukoll kompost tal-metall Cu5Zn8 fil-ġonta.
2.3 Analiżi tal-proprjetajiet mekkaniċi konġunti
Il-Figura 6 hija d-distribuzzjoni tal-valuri tal-mikroebusija mkejla f'ċerti distanzi tul id-direzzjoni mir-ram sas-ram fuq is-sezzjoni trasversali tal-ġonta T2/H62. Il-Figura 6a hija l-ġonta miksuba meta l-ħxuna tal-pjanċa hija 4 mm u l-veloċità tar-rotazzjoni hija 600 r/min. Distribuzzjoni tal-valur tal-ebusija. Fl-esperiment, il-valur medju tal-ebusija tal-materjal tal-bażi tar-ram huwa 95HV, u l-valur medju tal-ebusija tal-materjal tal-bażi tar-ram huwa 160HV. Id-distribuzzjoni tal-kurva kollha hija baxxa (ram) - tvarja f'medda aktar baxxa, tiżdied (ram) tonqos. Hemm tendenza li qed tiżdied. Peress li l-ebusija tal-materjal tal-bażi tar-ram hija ogħla minn dik tar-ram aħmar, il-mikroebusija tiżdied b'mod sinifikanti fiż-żona ta 'tranżizzjoni minn ram aħmar għal ram. Hemm fenomenu ta 'trattib fil-ġog kollu. Meta mqabbel mar-ram aħmar, il-valur tal-ebusija tar-ram jonqos aktar. Kbir, niżel b'40 ~ 60HV, filwaqt li l-ebusija tar-ram aħmar waqgħet biss b'10 ~ 20HV. Il-Figura 6b turi l-impatt tal-proċess tal-iwweldjar fuq il-valur tal-mikroebusija tal-ġonta. Jista 'jidher mill-figura li l-veloċità tar-rotazzjoni hija 450 r/min u l-veloċità tal-iwweldjar hija Il-valur tal-mikroebusija tal-ġonta f'80 mm/min huwa ogħla minn dak tal-ġonta b'veloċità ta' rotazzjoni ogħla u veloċità tal-iwweldjar ogħla. Dan il-fenomenu huwa speċjalment ovvju fuq in-naħa tar-ram, filwaqt li d-differenza tal-mikroebusija fuq in-naħa tar-ram mhix sinifikanti. Dan Huwa relatat mal-punt tat-tidwib u l-konduttività termali tat-tnejn. Peress li r-ram għandu punt ta 'tidwib baxx, huwa aktar faċli li jitrattab mir-ram f'temperaturi ogħla, għalhekk l-ebusija tar-ram tonqos aktar minn dik tar-ram. Peress li l-pjanċa li għandha tiġi wweldjata hija relattivament rqiqa, il-veloċità tar-rotazzjoni tar-ras tal-frizzjoni Il-kontribuzzjoni għas-sħana tal-weldjatura hija relattivament kbira, għalhekk il-veloċità għolja ta 'rotazzjoni tiġġenera aktar sħana, li għandha impatt kbir fuq il-ġonta u l-fenomenu ta' trattib huwa serju. Il-valur tal-ebusija fiż-żona nugget tal-weldjatura jiżdied, li huwa relatat man-numru kbir ta 'ħbub uniformi u fini f'dan il-qasam. Minħabba li l-linja tal-konfini T2/H62 hija dejqa ħafna, u l-quċċata tal-ebusija tal-kompost tal-metall Cu5Zn8 f'din iż-żona bażikament mhijiex imkejla fil-figura. Għalkemm il-kompost tal-metall instab fl-analiżi tal-fażi, minħabba l-kontenut żgħir tiegħu, għandu impatt akbar fuq il-proprjetajiet mekkaniċi tal-ġonta. Żgħir. Mill-wiċċ tal-ksur tal-kampjun, wieħed jista 'jara li l-ksur ma kissretx sempliċement mill-junction taż-żewġ materjali, iżda kissret lejn in-naħa tar-ram fiż-żona nugget tal-weldjatura. Saff ta 'intern imħallat ta' ram u ram deher fil-wiċċ tal-ksur, u l-ġonta dehret ovvja qabel il-ksur. L-għonq huwa ksur duttili. Fit-test tat-tensjoni ta 'ġonta bi ħxuna tal-pjanċa ta' 2 mm, il-biċċa l-kbira tal-ksur seħħew fuq in-naħa tar-ram, mhux fil-junction tagħha.
Il-Figura 7 hija paragun tat-titwil u s-saħħa tat-tensjoni tal-weldjaturi miksuba bl-iwweldjar tar-ram u r-ram bi ħxuna tal-pjanċa ta '2 mm taħt parametri ta' proċess differenti. Miċ-ċifra, wieħed jista 'jara li s-saħħa medja tat-tensjoni tal-ġonot hija bażikament l-istess bħal dik tal-ġonot tar-ram. Is-saħħa tat-tensjoni hija ugwali. Meta l-veloċità tar-rotazzjoni tar-ras tal-frizzjoni hija 600 r/min u l-veloċità tal-iwweldjar hija 55 mm/min, it-titwil tal-ġonta huwa massimu, u s-saħħa tat-tensjoni tista 'wkoll tilħaq massimu taħt kombinazzjonijiet differenti ta' veloċità ta 'rotazzjoni u veloċità tal-iwweldjar. Valur massimu. Iżda b'mod ġenerali, ġonot kwalifikati jistgħu jinkisbu billi tinżamm il-veloċità tar-rotazzjoni bejn 450 u 600r/min, u l-valuri ta 'titwil tal-ġonta u s-saħħa tat-tensjoni miksuba huma relattivament ideali. Meta l-veloċità tar-rotazzjoni tiżdied għal 700r/min , Peress li ż-żieda fil-veloċità tar-rotazzjoni żżid l-input tas-sħana tal-ġonta, il-firxa tal-għażla tal-veloċità tal-iwweldjar tidjieq. Meta l-veloċità tal-iwweldjar tintgħażel b'mod mhux xieraq, it-titwil tal-ġonta u s-saħħa tat-tensjoni jonqsu b'mod sinifikanti, u b'hekk tiżdied id-diffikultà li tikkontrolla l-kwalità tal-iwweldjar.
image.png
3.Konklużjoni
1) Billi jintgħażlu parametri xierqa tal-proċess tal-iwweldjar, il-konnessjoni tal-iwweldjar bil-frizzjoni ħawwad ta 'metalli differenti tar-ram-ram jistgħu jiġu realizzati, u l-istruttura tal-ġonta u l-prestazzjoni huma eċċellenti.
2) Minħabba l-proprjetajiet fiżiċi differenti tar-ram u ram, hemm differenza kbira fid-daqs tal-ħbub tar-ram u tar-ram fil-ġonta tar-ram-ram wara l-iwweldjar. Il-ħbub tar-ram fiż-żona nugget tal-welding huma raffinati, filwaqt li l-ħbub tar-ram jidhru sa ċertu punt. Hemm materjal ta 'tranżizzjoni bejn ir-ram u r-ram fil-ġonta. L-analiżi tad-diffrazzjoni tar-raġġi X turi li hija Cu5Zn8, u l-wisa 'taż-żona ta' transizzjoni hija ta 'madwar 1 sa 10 μm.
3) Wara l-iwweldjar, il-mikroebusija tal-ġonta tirtab fi gradi differenti, u l-amplitudni tat-trattib fuq in-naħa tar-ram hija akbar minn dik fuq in-naħa tar-ram. Il-ksur tal-ġonta sseħħ fuq in-naħa tar-ram, u s-saħħa medja tat-tensjoni tal-ġonta hija bejn is-saħħa tat-tensjoni tar-ram u r-ram. .
