优化FSP过程参数对AA5052采用信噪比和方差分析方法

文摘

AA5052 bead-on-plate加工已通过搅拌摩擦加工(FSP)技术检查操作工艺参数。它也提高了贱金属表面微观结构分析。工具旋转速度,遍历速度和轴向载荷是首选研究搅拌摩擦bead-on-plate处理的效果在AA5052抗拉强度质量和显微硬度。光学显微镜是用来解剖捏造微结构的加工区域。通过设计实验,正交阵列的L9田口方法用于构造处理实验。方差分析和信噪比的方法被用来确定最优工艺参数的统一和重大捐赠一个特定参数的响应。结果表明,该工具旋转速度的主要因素影响抗拉强度和显微硬度的特点,成功的遍历速度和轴向载荷。金属间化合物层形成在处理在指定的条件下。这次考试表明最优参数可以加强AA5052的机械行为。

1。介绍

各种材料的焊接与适当的机械加工和高表面完成bead-on-plate焊接的处理至关重要。关节的性能基本上取决于处理系统、基础金属材料属性,类型的关节,处理区域heat-influenced bead-on-plate处理期间和冶金变化,和工艺参数。加入过程是一个安全的国家的方法。它有不同的标准熔焊过程有利的情况下,例如,优良的机械性能和舒适,没有消耗材料的利用率,在所有职位和工作。有很多勘探项目广泛的范围,允许FSP提供的好处。优势FSP和工艺参数的影响,即工具转速,遍历速度、轴向载荷,一般研究。因为动机由应用在航空、海洋工作,铁路,和运输行业,FSP过程用于几乎所有的机械部分。临床实验的结果明显由方差分析(方差分析)田口方法预测优化工艺参数对搅拌摩擦加工(FSP)。结果表明旋转工具的速度,完全遍历速度,轴向载荷工艺参数影响的抗拉强度性能和微观结构bead-on-plate处理关节。

等人来检查焊工艺参数对拉伸性能的影响和微观结构AA6056的关节。创建关节的旋转速度550年,850年,和1050 rpm和遍历速度44岁的58和70毫米/分钟。根据调查结果,最强的材料加强发生在一个遍历58毫米/分钟的速度,和它减慢了速度旋转工具550 rpm。此外,它提出了工具的旋转速度和焊接速度和减少强度(1]。明顿等人处理的铝复合材料6082 - t6的6.5和4.5毫米厚度的协助下焊缝焊铣床与合适的夹紧装置。结果表明,立式铣床已经装备了处理材料。加工接头的显微硬度变化范围的52和82%的基础材料显微硬度(2]。Elangovan等人研究了遍历速度效应和焊AA2219组合影响销概要文件的工具。不同形式的工具销概要(tpp)像直cylindrical-shaped,锥形圆柱,螺纹圆柱,三角形,和广场是用来制造焊接加工在不同焊接速度为0.36,0.66和1.35毫米/秒。结果表明,方形销工具配置文件已经形成机械和flaw-free焊缝与不同的工具销概要文件(3]。Jayaraman等人研究了优化参数(轴向载荷、焊接、速度)和旋转工具的FSW过程铝319复合材料的刚度与田口方法。结合估计的抗拉强度和工艺参数,他们创造了灰色关联分析的数学模型。极限抗拉强度被发现在1200转的速度旋转工具,45毫米/分钟的遍历速度,和4 kN的轴向载荷4]。艾登等人研究了延伸率和抗拉强度的影响利用田口方法,建立了灰色关联分析。遍历速度、旋转速度、直径和工具的肩膀被用来分析AA1050焊过程。他们验证的可能性使用田口方法和灰色关联方法对提高焊接质量。重量估计完成通过使用层次分析法(AHP)和加载观察0.30和0.70 N为抗拉强度和延伸率响应,分别为(5]。丽安等人推荐一个数值技术,构建出一套系统化的、授权与灰色关联分析方法研究设计评价的概念。结果显示,提出的粗灰关系调查评估的概念有不同的选择设计。显示的不清楚主要信息和设计和充分调查和分析6]。Chi-hui等人增强AA5083复合材料利用草地上搅拌摩擦加工技术与田口设计。销过程参数配置文件长度、转速,倾斜角度,遍历速度。自然因素是加工材料的极限抗拉强度和伸长率。结果以1800 rpm旋转速度和焊接速度180毫米180毫米/分钟/分钟,10°倾角的工具,和2.5毫米销长度为完成质量与最小费用最优(7]。密特拉等人利用田口方法与灰色关联方法策略决定激光过程中钻井质量的各种特征。他们使用的可能性grey-Taguchi不断增强的方法制作的产品的质量。最后的结果表明,锥形孔的发展从一开始是16.30和8.78%的最佳位置(8]。卡鲁恩河Kumar使用AA5052等人分析了固态焊接过程。五角和方形销概要文件被用于焊接的两块底板。5052铝合金(AA)广泛应用于钣金工作,gas-in-fuel油轮、船只和飞机。等参数,轴向载荷、焊接速度、工具销概要文件,和工具旋转速度,扮演了一个重要的角色在搅拌摩擦加工AA5052。在这次调查过程中,搅拌摩擦焊接中使用五角销概要文件获得良好的焊缝相比方形销概要文件。三个不同的遍历速度40、60和80毫米/分钟被认为是。力学性能的增强是确定在使用五角大楼销概要(60毫米/分钟遍历速度9]。Shanavas等人解决焊接质量的预测在AA5052搅拌摩擦焊接的重要参数。他们开发了一种回归和模糊逻辑模型为提高抗拉强度和%伸长的质量。中心复合设计用来执行焊接在AA5052获得的最大焊接接头拉伸稳定性及其结果与统计方法。开发模型有效地证明了置信水平为95%。模糊预测模型,用于获得一个可以接受的输出与统计方法[小错误而10]。Venkateshkannan等人相比的独特工具销资料如圆柱螺纹,平方,圆柱形,一步,锥形。不同的搅拌摩擦焊接AA2024和AA5052被处决。扫描电镜和显微组织分析获得的力学特征。在不同销档案、锥形和圆柱销表现出轻微的宏观图输出的不连续性。他们确定最优参数的1000 rpm工具旋转速度和饲料40毫米/分钟。使用针步配置文件实现最高的抗拉强度(297 MPa)在不同地焊接(基础板11]。

搅拌摩擦加工方法处理不同的合金成分。在这个调查中,bead-on-plate处理方法是一种预处理技术开发基地金属表面的性质(12]。一个旋转的工具是注入到贱金属板表面,通过板的长度进行处理。工具对工件旋转产生的摩擦热使它精致可塑性变形。工具的旋转和遍历发展销加强基础材料的处理。田口方法识别工艺参数的最佳水平的力学特性bead-on-plate标本。此外,方差分析发现贡献比例的加工参数。一个光学显微镜能够调查的微观结构精细的加工表面bead-on-plate加工制作的。

2。实验的程序

2.1。材料和加工

对于这个实验,铝合金(AA) 5052年被选为搅拌摩擦bead-on-plate处理。良好的成型性能和良好的可焊接性和基材的担忧。AA5052基本上是由一个超塑性材料,很容易由ultra-refinement结构在搅拌摩擦加工。在今天,基材用于飞机、海洋,汽车产业结构的应用程序。AA5052的力学性能是251.34 MPa抗拉强度、延伸率19%,和70年高压显微硬度,其化学成分提出了表1。在这项研究中,5(印度)(抗拉强度试验机)的标准ASTM E9和日本岛津公司HMV-G(显微硬度测试仪)的标准ASTM B724被利用进行机械试验。在这个调查中,正常的硬度试验不能达到的强度处理标本在测试期间由于低体重增加。但是,FSPed标本表面覆盖的洋葱环结构。研究结果表明,显微硬度测量是一个关键因素的力量的最大负载能力处理标本。基础材料准备的尺寸100毫米×100毫米×6毫米。在这项研究中,高碳高铬模具钢(HCHCr)使用的工具材料bead-on-plate搅拌摩擦加工由于其高韧性和耐磨性质。通常,HCHCr是基于陶瓷工具材料,它具有显微硬度基本材料的10倍提高材料性能。五角工具销概要文件是通过表面磨,数控。五角销概要工具的尺寸是5.7毫米销长度和直径18毫米的肩膀13]。数据1(一)和1 (b)显示该工具销概要和搅拌摩擦加工。所需的贱金属用中心的大小,和五角销的影响产生了洋葱环结构表面的材料来操作特征(14]。数据2(一个)和2 (b)显示了搅拌摩擦加工图像和准备拉力标本,分别。

2.2。工艺参数的方法

搅拌摩擦bead-on-plate工艺参数的优化设计的田口正交数组技术和用于形式,考虑一个小数量的实验中大量的决策变量。信噪比是用来测量和预测反应的质量。最低温和改良成本可以通过这个过程有效。实验数据转换为所需的决定是由方差分析(方差分析)。田口方法的技术被用来选择最合理的正交阵列设计实验和交付过程参数(15]。各种研究人员发现最优标本中指定以下参数限制。基于文献回顾,搅拌摩擦bead-on-plate处理的参数是首选,和每个bead-on-plate工艺参数的水平三个因素提出了表2和3,分别。硬度试验期间,每个板块都有20个值标记的半节板处理。在最近的研究中,加工参数对力学性能的贡献比例确定并成功通过方差分析来实现。一款统计软件的使用统计软件,临床实验的反应被修改到信噪比。表4描述了估计信噪比的值。

3所示。结果与讨论

3.1。过程参数对拉伸强度的影响

表5介绍了响应表抗拉强度和信噪比。从响应表、工具旋转速度是最重要的抗拉强度影响因素,伴随着遍历速度和轴向载荷。因此,增加工具旋转速度前进的最大摩擦发生工具和基材之间的5052铝合金,因此提供高温的接口处理标本,这有助于提高抗拉强度。同样,遍历速度增加抗拉强度增加。数据3(一个)- - - - - -3 (c)表现出的图像的S / N比抗拉强度和工艺参数等工具旋转速度,遍历速度和轴向载荷。它暴露的最大抗拉强度达到最佳工艺参数是一个统一的水平₂B₃C₂显示了工具旋转速度级别2 (1000 rpm),遍历速度级别3(30毫米/分钟),和轴向载荷级别2 (5 kN)。表6方差分析的结果显示抗拉强度。验证,工具旋转速度是最重要的过程参数贡献了91.8%,由5.04%的轴向载荷。遍历速度是一个不那么重要的过程参数贡献了3.09%。99.79%的R抗拉强度的平方值承认,该模型能够预测响应与更高的效率(16]。

工艺参数的交互影响,如工具旋转速度,遍历速度、抗拉强度和轴向载荷,是显示在数字4(一)- - - - - -4 (c)。从交互图,平行线和非平行线路没有互动和工艺参数的重要交互抗拉强度,分别。在图4(一)的交互工具旋转速度与遍历速度是1000 rpm的重要工具旋转速度。因此,它显然是解释说,该工具旋转速度的增加提高了抗拉强度。图4 (b)显示之间的交互工具旋转速度和轴向载荷。研究结果表明,增加工具旋转速度增加导致抗拉强度在1000 rpm。遍历速度与工具的交互旋转速度是重要的在1000 rpm工具旋转速度和20毫米/分钟遍历速度,由于较低的原因,遍历速度增加了抗拉强度对整个工具旋转速度,如图4 (c)。因此,AA5052处理试样的抗拉强度降低高轴向载荷(7 kN)如果工具旋转速度(1200 rpm)和遍历速度(20毫米/分钟)高,虽然温和工具旋转速度(1000 rpm),遍历速度低(20毫米/分钟),和中等水平的轴向负荷(5 kN)产生更高的抗拉强度(17]。

抗拉强度的轮廓图中演示了多变的工艺参数数据5(一个)- - - - - -5 (c)。图5(一个)展品工具旋转速度和轴向载荷的影响抗拉强度。显示,抗拉强度增加而增加工具旋转速度在任何轴向载荷。不过,在工具旋转速度越低,抗拉强度的增加引起的轴向载荷减少处理标本。解释,最大拉伸强度(215 MPa)是获得中等水平的轴向载荷和适度工具的旋转速度。遍历速度和轴向载荷的影响抗拉强度显示在图5 (b)。认为,中等水平的轴向载荷和低水平的遍历速度达到更好的抗拉强度(209 MPa)由于金块地区产生足够的热量。更高层次的轴向载荷和遍历速度达到了可怜的抗拉强度由于热量不足之间的工具和标本。图5 (c)显示工具旋转速度和遍历速度的影响抗拉强度。显示最大抗拉强度是实现适度的工具旋转速度(1000 rpm)和较低水平的遍历速度(20毫米/分钟)。

3.2。过程参数对显微硬度的影响

表7介绍了响应表对显微硬度意味着和信噪比。从响应表、工具旋转速度是最重要的影响因素在显微硬度,伴随着遍历速度和轴向载荷。因此,增加工具旋转速度前进的最大摩擦发生工具和基材之间的5052铝合金,因此提供高温的接口处理标本,这有助于增加了显微硬度。同样,遍历速度增加导致显微硬度增加。数据6(一)- - - - - -6 (c)展览的S / N比率的图表工具等显微硬度对工艺参数的旋转速度,遍历速度和轴向载荷。暴露,显微硬度达到最大值的最佳工艺参数是一个统一的水平₂B₃C₂显示了工具旋转速度级别2 (1000 rpm),遍历速度级别3(30毫米/分钟),和轴向载荷级别2 (5 kN)。表8方差分析的结果显示,显微硬度。验证,工具旋转速度是最重要的过程参数贡献了60.8%,由29.66%的轴向载荷。遍历速度是一个不那么重要的过程参数贡献了9.48%。99.70%的R抗拉强度的平方值承认,该模型能够预测响应与更高的效率(18]。

工艺参数的交互影响,如工具旋转速度,遍历速度、显微硬度和轴向载荷,是在数据展出7(一)- - - - - -7 (c)。从交互图,平行线和非平行线路没有互动和工艺参数的重要交互抗拉强度,分别。图7(一)显示交互工具的旋转速度与遍历速度是1000 rpm的重要工具旋转速度。因此,它显然是解释说,该工具旋转速度的增加提高了显微硬度值。图7 (b)显示之间的交互工具旋转速度和轴向载荷。它是显示增加工具旋转速度导致显微硬度的增加在1000 rpm。遍历速度与工具的交互旋转速度是1000 rpm的重要工具旋转速度和遍历20毫米/分钟的速度,由于较低的原因,遍历速度的显微硬度增加工具旋转速度,如图所示7 (c)。因此,AA5052处理试样的显微硬度降低高轴向载荷(7 kN)如果工具旋转速度(1200 rpm)和遍历速度(20毫米/分钟)高,虽然温和的1000 rpm工具旋转的速度,穿越20毫米/分钟的速度低、中等水平的5 kN硬度越高产生的轴向载荷。

显微硬度的等高线数据的变量建立了工艺参数8(一个)- - - - - -8 (c)。图8(一个)显示工具旋转速度和轴向载荷的影响在显微硬度。暴露,显微硬度值增加而增加工具旋转速度5 kN的轴向载荷。然而,在工具旋转速度越低,引起的轴向载荷处理过的试样的显微硬度下降。解释,最高显微硬度(69高压)是获得中等水平的轴向载荷和适度工具的旋转速度。遍历速度和轴向载荷的影响在显微硬度是显示在图8 (b)。认为,中等水平的轴向载荷和低水平的遍历速度达到更好的显微硬度(68高压)。更高层次的轴向载荷和遍历速度实现显微硬度值减少由于热量不足之间的生产工具和标本。图8 (c)显示工具旋转速度和遍历速度的影响在显微硬度。显示最高显微硬度是实现在温和的工具旋转速度(1000 rpm)和较低的遍历速度(20毫米/分钟)。

3.3。回归方程的抗拉强度和显微硬度

回归方程是提炼基于临床实验的输出响应。它建立之间的等价输入工艺参数对搅拌摩擦加工。回归方程(1)和(2)提供之间的等效测量工艺参数生产的最大抗拉强度和显微硬度19]。数据9(一个)和9 (b)展览的情节比较调查组和regression-predicted抗拉强度和显微硬度的值:

3.4。微观结构分析

在搅拌摩擦bead-on-plate AA5052处理,微观结构的多样性在不同的区域使用光学显微镜(Dewinter倒三目的)。微观结构的结果显示,各种区域晶粒细化的结构(金块区、热机械影响区和热影响区)处理过的铝合金5052。金块区形状和大小的最优处理样本实现根据bead-on-plate工艺参数和交互的基材与五角销概要工具及其肩膀。微观图像显示反射的最优值的输入因素和输出响应抗拉强度(20.]。微观结构图像拍摄在100 x 100的限制μm。图10 ()显示了AA5052贱金属的微观结构。数据10 (b)- - - - - -10 (d)展览的截面bead-on-plate处理,处理在1000 rpm, 20毫米/分钟和5 kN,除了与不同区域识别。热机械影响区包围了金块区域。新西兰(金块区)细粒度的形态结构的变化。微观结构改革背后的主要推理是由于热循环在处理阶段完成。金块区为特征的界面工具旋转速度和遍历速度的方向。热影响区(HAZ)包膜热机械影响区(TMAZ)。在热影响区晶粒形成不完善任何塑性变形。在热影响区微观结构区域略修改(21]。数据(11日)- - - - - -11 (c)和数字12(一个)- - - - - -12 (c)不是公开处理样品通过搅拌摩擦bead-on-plate处理在1200 rpm, 30毫米/分钟和5 kN 1200 rpm, 20毫米/分钟和7 kN-the没有缺陷处理AA 5052标本的声音。自然债券接口和混合结构由顶部和底部之间的处理标本。特征显微结构的区域,如金块区,热机械影响区、热影响区、和贱金属检查。由于热循环的影响和产生的塑性变形工具旋转速度,动态再结晶发生的金块。各种天然金块的位置区,不同形式的细等轴颗粒形成。粗粒结构发生在不同位置TMAZ如图11 (b)和12 (b)分别为(22]。

4所示。结论

这项工作旨在研究搅拌摩擦工艺参数的影响,如工具旋转速度,遍历速度和轴向载荷的抗拉强度和显微硬度在搅拌摩擦bead-on-plate处理。以下的结论是由:(1)bead-on-plate AA5052处理完成后通过搅拌摩擦加工技术。光学显微照片显示了均匀的等轴晶粒分布的金块区FSPed铝合金5052。(2)田口方法的信噪比确定最优工艺参数对搅拌摩擦加工AA5052最小抗拉强度和显微硬度,预测FSP反应由发达的回归方程。(3)最优工艺参数获得了最大的抗拉强度和显微硬度在1000 rpm工具旋转速度,遍历30毫米/分钟的速度,和5 kN的轴向载荷。(4)方差分析结果表明,该工具旋转速度的影响最大的工艺参数处理过的试样的力学性能,其次是轴向载荷。工具旋转速度和轴向载荷的增加会导致抗拉强度的增加。(5)最优过程的微观结构参数限制显示的细晶粒结构金块区表面的标本。(6)其他的优化技术,如遗传算法和主成分分析,可用于未来的优化提高机械性能的工艺参数。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者感谢Bharath高等教育和研究所,钦奈,和这个项目是由研究人员支持项目数量:RSP-2021/283,沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。

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