بهینه سازی و استفاده از فرایند ریخته گری نیمه جامد جهت اتصال آلیاژ آلومینیوم 6061 به روش هیبریدی نیمه جامد/ اصطکاکی اغتشاشی

اتصال قطعات آلومینیومی یکی از فرایندهای اصلی در بسیاری از صنایع از قبیل اتومبیل سازی، هوانوردی، دریایی و نظامی است و همواره نقشی اساسی در پیشرفت این صنایع داشته است. آلیاژ آلومینیوم 6061 به دلیل قابلیت عملیات حرارتی و دارا بودن محدوده وسیعی از خواص مکانیکی و خوردگی، به علاوه خواص معمول آلیاژهای آلومینیوم مانند نقطه ذوب پایین و نسبت استحکام به وزن بالا، یکی از مهمترین آلیاژهای مورد توجه صنایع می باشد. در این بین جوشکاری ذوبی این آلیاژ به علت مشکلات ناشی از ایجاد حوضچه مذاب مانند ترک های انجمادی و افت استحکام ناشی از حل شدن کامل رسوبات ناحیه جوش با چالش هایی روبرو است. روش جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی (fsw) یکی از روش هایی است که به منظور رفع این مشکلات ابداع شده است. البته در این روش نیز با توجه به گرمای ایجاد شده ناشی از تماس یک پین چرخان با ناحیه اتصال و شانه دستگاه با سطح، ممکن است مشکلات جدیدی ناشی از تبلور مجدد سریع و رشد غیرمعمول دانه ها، حل شدن رسوبات و کاهش خواص ناشی از سختی رسوبی مانند استحکام و تنش تسلیم بروز کند. در این تحقیق برای اولین بار و با استفاده از ریختن دوغاب نیمه جامد از جنس فلز پایه در محل اتصال زیرلایه، به بررسی اثرات کاهش حرارت ورودی به زیرلایه در فرایند جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی متعاقب، کاهش سرعت چرخش ابزار و افزایش سرعت پیمایش و لذا کاهش افت سختی و افزایش استحکام در ناحیه جوش پرداخته شد. جهت تولید دوغاب نیمه جامد، یک سطح شیب دار مینیاتوری با خواص سرد کنندگی مذاب و با دبی بسیار پایین طراحی و ساخته شد. در ادامه و با مشخص کردن عوامل موثر بر ریزساختار دوغاب نیمه جامد نهایی مانند طول و زاویه سطح شیب دار، نرخ ریخته گری و دمای فوق ذوب، بررسی های ریزساختاری با استفاده از مطالعات میکروسکوپ نوری و میکروسختی سنجی انجام گردید. سپس به کمک طراحی آزمایش فاکتوریل دو سطحی، پس از تعیین درصد تاثیر هر عامل بر خواص نهایی، رابطه ریاضی مربوط به هر پاسخ توسعه داده شده و شرایط ایجاد بهترین ریزساختار از لحاظ میزان کرویت، اندازه دانه و سختی تعیین شد. بر این اساس، نرخ ریخته گری 2/1 میلی لیتر بر ثانیه، زاویه سطح °40، دمای فوق ذوب °c10 و طول سطح 5 سانتی متر به عنوان شرایط بهینه تولید دوغاب نیمه جامد تعیین گردید. در ادامه و با جریان یافتن دوغاب تولیدی به درون درز جوش به عنوان ماده پر کننده، بلافاصله جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت اتصال آلیاژ صورت گرفت. نواحی مختلف ریزساختاری آلیاژ اتصال یافته شامل فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت، ناحیه متاثر از گرما- کار و فلز جوش مورد مطالعه توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی قرار گرفتند. همچنین سختی و استحکام تسلیم اتصالات حاصله با نمونه های مرجع مقایسه شد. مطالعات ریزساختاری و مکانیکی بر اتصالات حاصله به روش های fsw و هیبریدی fsw/نیمه جامد حاکی از آن است که شدت تغییرات سختی در روش هیبریدی کاهش یافته و میزان سختی در ناحیه جوش با مقادیر مربوط به فلز پایه اختلاف کمتری دارد. همچنین ریزساختار ناحیه جوش به ریزساختار فوق ریزدانه نزدیک شده و میزان استحکام تسلیم و درصد ازدیاد طول نسبت به نمونه جوشکاری شده به روش fsw به ترتیب تا مقادیر mpa 53 و 88/8% بهبود یافته است. دلیل افزایش درصد ازدیاد طول را می توان در کاهش اثر رسوبات در ناحیه جوش نسبت به نمونه جوشکاری شده به روش fsw دانست که توسط ریز شدن دانه ها در اثر افزایش محل های مناسب برای تبلور مجدد ثانویه جبران شده است.