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材料科学与工程的发展
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材料科学与工程的发展/2021年/文章

研究文章|开放获取

体积 2021年 |文章的ID 9961590 | https://doi.org/10.1155/2021/9961590

a . Praveen Raj Navukkarasan k Shanmuga《c Chandrasekhara Sastry m·a·Muthu Manickam, ”实验调查的干燥和低温AA7075铝合金的搅拌摩擦焊接”,材料科学与工程的发展, 卷。2021年, 文章的ID9961590, 21 页面, 2021年。 https://doi.org/10.1155/2021/9961590

实验调查的干燥和低温AA7075铝合金的搅拌摩擦焊接

答:Praveen Raj Navukkarasan,1 k . Shanmuga他,1 c . Chandrasekhara Sastry,2 和 m·a·Muthu Manickam3

1机械工程系,CEG安娜大学的主校区,钦奈,印度

2印度理工学院机械工程系,信息技术,设计和制造(IIIT D & M), Kurnool 518 007,印度安得拉邦

3战斗车辆研发机构、国防研发组织(DRDO),印度政府国防部,印度德里

学术编辑器:詹弗兰科帕伦博
收到了 03年4月2021年
修改后的 2021年4月28日
接受 2021年8月30日
发表 2021年9月21日

文摘

尝试探讨干燥和低温7075铝合金搅拌摩擦焊接的AA,主要是利用在航空航天和国防组件产业。这些行业利用搅拌摩擦焊接连接两个有色材料,和最小偏差和最大强度的初步和长期目标。低温搅拌摩擦焊接设置了两个铝合金的连接管道。增加0.76 - -42.93%和3.79 - -31.24%的显微硬度和抗拉强度,分别确定在低温搅拌摩擦焊接相关干铝合金的搅拌摩擦焊接。TOPSIS评价实验运行表明工具概要文件类型,管转速为1000 rpm, 50毫米/分钟的焊接速度,轴向力8 kN接近统一的理想解决方案干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。低温环境下摩擦stir-welded组件展示降温,减少表面粗糙度和细晶粒结构由于减少温差发生在焊接区。50.84%的缩减是确定在低温搅拌摩擦焊接的粗糙度值相关的干摩擦搅拌焊接AA 7075合金。减量21.68%是晶粒尺寸在低温条件下观察到的相关性干焊过程,说明粗结构的下降。缩减的粒度和温差下降,压缩残余因素和耐腐蚀减40.14%和67.17%低温焊过程中在相关干焊过程中,分别。

1。介绍

7075铝合金被广泛利用在军用车辆装甲材料,地球挖掘机械、桥梁、航空航天部件,和大多数国防高应力,应用程序(1]。这种材料的突出的重要性是有限的,由于其焊接性能的融合问题是主要在7075年铝系列,即。,porosity formation, solidification of hot cracked areas in the welded zone, and increase in the microfissuring aspect in the semipartially melted zone (SPMZ) [2- - - - - -7]。AA 7075铝合金具有铜的成分,没有一个特定的熔点,融化,这将创建一个宽范围的合金固相温度很低使其容易受到热裂缝(焊接区)在熔焊[1,5,8]。摩擦搅拌焊(FSW)是一种固态焊接方法,利用带来加入有色金属材料,如铝,镁,铜,钢3- - - - - -7,9,10]。FSW过程是首选加入高强度铝合金特别是2 xxx和7 xxx系列,因为他们通常被认为是difficult-to-weld或unweldable [2]。主张的主要好处FSW过程是(我)有限公司焊接缺陷,(ii)解决铝焊接能力(难焊材料分类为铝),和(3)的方式更好的空间能力,如果这一过程发生在一个受控的方式。上面所有这些特定于FSW如果整个过程是维护和运行在一个优化的条件(3- - - - - -8,10]。在这个方法中加入材料,非自耗的工具销剖面产生摩擦热母体材料之间的旋转,显示在图1。的旋转的工具确保适当的搅拌效果和混合材料在销工具;因此,结合机械,热处理,焊接过程完成后(3- - - - - -7,9,11]。


图1
搅拌摩擦焊焊接的组件和机制。

即使母体材料仍在其固态,缺点是确定的行或地区正在经历高水平的焊接变形的6,10),引起了一股不可避免的组件的微观结构的变化导致缩短机械性能(3,4拉伸残余应力[],加上强化3,5- - - - - -7]。为了解决这些,焊后进行治疗,通过老化,解决方案治疗,和室温焊接(长时间范围)2,3,8,10]。尽管后处理导致残余强度的体积分数下降阶段,微观结构变化是有限的边界线;同时,成本、时间和劳动力,它被认为是身体和经济上艰苦的过程。另一种方法涉及执行搅拌摩擦焊在可溶性油冷却温差下降,但增加了抗烧结性能确定由于硫化物的形成总量减少组件的强度(剪切)(12]。油冷却剂的另一个主要因素是在该地区形成的烟雾和气体,当暴露在焊接环境中会导致长期的健康恶化[13]。因此,考虑到场景中,干燥FSW的结论是清洁操作的过程和本质上是成本效益(5,14]。

另一个一直未开发的区域是在低温领域的铝合金的搅拌摩擦焊接(低温焊接)。相应增强的表面性质,nil改变工具配置文件添加的成分和高强度因素探索低温的应用在焊接操作12,13,15]。清晰丰富的液态氦、氢、氧、氮和氮,低温液体包括给出偏好由于扩张和丰富供应的比例存在于大气中(12,13,16- - - - - -18]。

低温焊接工具发现大量下降工件界面由于低温液体的性质,因此反过来导致温度下降和保留的润滑介质12,13]。同时,拥有一个高蒸发率,导致没有外部或内部改变母体材料突出绿色制造技术的重要性在焊接场景中涉及低温液氮(15,19]。在国防和航空航天领域,许多组件是大规模生产;因此,最小偏差和高强度焊接预计从制造业。这创造了更多的重要性尤其是有色合金的参与。这项工作,调查还在进行干燥和低温的AA 7075铝合金搅拌摩擦焊焊接操作工具配置文件的属性,管旋转速度、焊接速度和轴向力在相关抗拉强度和显微硬度。形态、表面残余应力分量,地形分析,焊接表面的腐蚀分析来验证焊接(FSW)进行操作。操作的焊接方法参数在图突出显示2。


图2
搅拌摩擦焊接操作参数。

2。材料和方法

2.1。开发Cryogenic-Assisted搅拌摩擦焊的操作设置

搅拌摩擦焊接工具放在刀架安装(FSW),工件是由车床的中心。阐述了实验的细节干燥和cryogenic-assisted搅拌摩擦焊接是描绘在图3。

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(一)
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(b)
图3
(一)干。(b)低温(LN2-)辅助搅拌摩擦焊接操作。

进行cryogenic-aided搅拌摩擦焊接、低温设置了图中所示4和列在表1。


图4
图像的设置。
美国没有。 组件
1。 TA55液氮容器
2。 压缩机
3所示。 干燥机
4所示。 压力调节器
5。 气动软管
6。 不锈钢管道
7所示。 压力释放阀
8。 不锈钢编织软管
9。 喷嘴
表1
低温扩孔安装组件。

助教55液氮容器的51.5升容量是利用焊低温系统。保留低温液体,一个完全密封的铝与钢容器利用关闭。入口管道的大小6毫米和4毫米通过钢帽放在附件的压缩空气流和出口向焊接界面。为了确保万无一失的方法,一个安全阀。制成的软管非常低的热导率不锈钢(编织类型)一端连接到喷嘴和不锈钢管的另一端,为了供应液氮。注意保温用泡沫的帮助(聚合物在自然界)为了防止受到外部的影响在转移热量。喷嘴是利用点液体对搅拌摩擦焊接区(12,14- - - - - -18,20.- - - - - -22]。AWM720P1流传感器是利用以确保恒定的体积流率对液态氮在1大气压大气压力是1.977升/分钟,考虑的总水头损失,焊的高程点设置,初始速度和出口压力为零。

2.2。对搅拌摩擦焊接工具和工件

焊操作是利用使用三种类型的工具,即。渐开线,一步,和线程工具,显示在图5。

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(一)
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(b)
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(c)
图5
搅拌摩擦焊接的设计工具。(一)涉及类型(IT)。(b)步骤类型(SS)。(c)线程类型(ST)。

每个独特的搅拌摩擦焊接工具,利用提高焊接的操作在干燥和低温条件。工具被非自耗的主要因素决定的温差操作。变量焊接速度和管速度(工件)选择基于初步实验(6,10,14]。工具采用AISI M2工具钢,其维度列出细节图5。工具拥有独特的硬度和高度耐磨损性能相关的工件被考虑。

考虑工件AA 7075铝合金,其化学和物理性质列在下表中2和3,分别。
元素 艾尔 锌 Cr 钛和硅 菲 铜 锰 毫克
%的名义 87.1 - -91.4 5.1 - -6.1 0.18 - -0.24 < 0.4 < 0.5 1.2 - 2 < 0.3 2.1 - -2.9
%的实际 90.77 5.23 0.24 0.04 0.30 1.13 0.03 2.09
表2
7075年AA的化学成分。
属性 价值
密度(公斤/米3) 2810年
抗拉强度:终极(MPa) 572年
抗拉强度:收益率(MPa) 503年
弹性模量(GPa) 71.7
泊松比 0.33
热容(自然:具体在100°C) (kJ / kg-K) 0.96
导热系数(100°C) (W /可) 130年
熔点(°C) 620年
表3
AA 7075铝合金的属性。

AA 7075铝合金构成锌作为其主要的合金元素。由于其内部阻力高应力和疲劳强度,还具有更好的可加工性,是利用交通应用在汽车、海运和航空公司。同时,这些都是利用钎焊的/焊接桶国防步枪。机身和自行车框架是由AA 7075铝合金和焊接的起着重要作用[3,4,7,11]。工件的尺寸(管道管)的焊周期是在图所示6,工件放置在图中进行了描述7。

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(一)
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(b)
图6
(一)工件草案。摩擦搅拌焊(工件)(b)组件。

图7
开发夹具装配7075铝合金搅拌摩擦焊接的AA。开发夹具组装之前和之后的焊过程。
2.3。响应测量方法
2.3.1。温度测量(监控视角)

一个K类型(直径:3毫米)热电偶就是利用测量温度和密切焊缝区域周围的温度的在线监测。同一图中提到的规范8和表4。

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(一)
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(b)
图8
(a)槽在输送管(工件)。(b)的位置K类型的热电偶的焊设置。
丝腿材料 Chrome-alumel
灵敏度(µV /°C) 39-43
温度范围(°C) −215 - 1310
分辨率(°C) 0.5
表4
K类型热电偶规范。

新奇的概念存在于温度的监测值与微分下降提到在不影响焊接过程,提高了功效的母体材料焊接(12,13,15,19]。温度转换使用数据采集系统(数据收集)。主张的范围K型热电偶39-43其敏感性因素µV /°C,因此有工作温度−199°C + 1270°C (12,13,15]。

2.3.2。显微硬度测量(反应:属性)

摩擦的显微硬度stir-welded组件具有重要意义,在不同的环境中操作的质量是依赖的最终强度焊接材料。这是维氏的评估(规模:微米)见图9,重量的0.01 - 1公斤,2公斤选项(15]。


图9
显微硬度测试人员。
2.3.3。抗拉强度(反应:属性)

拉伸试验标本根据ASTM标准的尺寸加工。拉伸试验的标本准备使用丝电火花机床(有线)按照ASTM-E8标准,极限抗拉强度是衡量使用机电万能试验机,如图10。


图10
万能试验机和摩擦stir-welded AA 7075铝合金。
2.4。搅拌摩擦焊在不同的环境条件

执行AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊在干燥和低温环境中,正交(l27)数组是利用5,15,19,21- - - - - -25敲定前跑后]深入初步测试的工作范围的输入因素。在考虑的参数是显微硬度和抗拉强度相关工具销概要,管旋转速度、焊接速度和轴向力应用于母质。实验值传导铝合金的搅拌摩擦焊后列在下表中5。
美国没有。 销工具配置文件(米/分钟) 管转速(rpm) 焊接速度(毫米/分钟) 轴向力(kN) 显微硬度高压 抗拉强度(MPa)
干 LN2 干 LN2
1 党卫军 1000年 50 8 100.2 164.334 164.334 168.582
2 党卫军 1000年 50 8 90.2 164.7 164.7 167.931
3 党卫军 1000年 50 8 100.1 146.05 146.05 166.56
4 党卫军 1100年 60 10 99.3 160.049 160.049 165.487
5 党卫军 1100年 60 10 89.5 151.025 151.025 170.68
6 党卫军 1100年 60 10 97.5 166.042 166.042 161.1015
7 党卫军 1200年 70年 12 97.6 171.178 171.178 167.372
8 党卫军 1200年 70年 12 85.3 161.911 161.911 176.85
9 党卫军 1200年 70年 12 95.3 162.027 162.027 171.276
10 圣 1000年 60 12 101.2 84.412 84.412 120.653
11 圣 1000年 60 12 113.4 113.284 113.284 123.873
12 圣 1000年 60 12 100.2 121.927 121.927 120.998
13 圣 1100年 70年 8 97.8 134.026 134.026 146.285
14 圣 1100年 70年 8 111.5 132.751 132.751 141.002
15 圣 1100年 70年 8 97.6 124.287 124.287 143.056
16 圣 1200年 50 10 95.7 115.88 115.88 99.461
17 圣 1200年 50 10 105.3 75.563 75.563 98.329
18 圣 1200年 50 10 95.3 83.681 83.681 118.277
19 它 1000年 70年 10 94.1 117.797 117.797 135.678
20. 它 1000年 70年 10 99.1 44.672 44.672 139.523
21 它 1000年 70年 10 101.6 134.052 134.052 139.081
22 它 1100年 50 12 91.8 138.651 138.651 150.522
23 它 1100年 50 12 97.5 148.456 148.456 153.886
24 它 1100年 50 12 98.6 130.76 130.76 155.721
25 它 1200年 60 8 90.3 140.881 140.881 152.027
26 它 1200年 60 8 93.7 121.963 121.963 141.658
27 它 1200年 60 8 95.7 115.959 115.959 135.216
表5
正交设计实验(l 27),干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。

分析和应用多属性算法,研究人员建立了多个attribute-response解决问题的不同方法。灰色,通常利用技术是ELECTRE指标值,VIKOR [12,13,15,19,21- - - - - -25]的TOPSIS持有适应更高的地方,因为它很简单,变化最小,减少复杂性的参与多个向量(解决方案提供了一个通用矢量平面)。该方法采用分析和响应的属性显示在图11。


图11
方法TOPSIS(接近理想的解决方案)。

列出了标准的重要性因素考虑了单权重标准方法列在下表中6(19]。
子集的标准 数量的标准(变量) 数字的位置 Nonnormalized加权矩阵 总额(%)
显微硬度 1 1 1/2 100 = 50 - 50 50
抗拉强度 1 1 1/2 100 = 50 - 50 50
表6
单权重的计算步骤过程。

估值获得使用TOPSIS方法列在表中7和8分别为干燥和低温搅拌摩擦焊接。
美国没有。 销工具配置文件(米/分钟) 管转速(rpm) 焊接速度(毫米/分钟) 轴向力(kN) 加权 距离理想的解决方案 CC 排名
WH WT Eij+ Eij- - - - - - CCij
1 党卫军 1000年 50 8 0.10 0.12 0.01 0.09 0.86 1
2 党卫军 1000年 50 8 0.09 0.12 0.02 0.09 0.79 6
3 党卫军 1000年 50 8 0.10 0.10 0.02 0.07 0.77 8
4 党卫军 1100年 60 10 0.10 0.11 0.02 0.08 0.84 4
5 党卫军 1100年 60 10 0.09 0.11 0.03 0.08 0.73 10
6 党卫军 1100年 60 10 0.10 0.12 0.02 0.09 0.85 3
7 党卫军 1200年 70年 12 0.10 0.12 0.02 0.09 0.85 2
8 党卫军 1200年 70年 12 0.08 0.12 0.03 0.08 0.75 9
9 党卫军 1200年 70年 12 0.09 0.12 0.02 0.08 0.82 5
10 圣 1000年 60 12 0.10 0.06 0.06 0.03 0.34 24
11 圣 1000年 60 12 0.11 0.08 0.04 0.06 0.58 20.
12 圣 1000年 60 12 0.10 0.09 0.04 0.06 0.60 18
13 圣 1100年 70年 8 0.10 0.10 0.03 0.07 0.68 15
14 圣 1100年 70年 8 0.11 0.10 0.03 0.07 0.71 11
15 圣 1100年 70年 8 0.10 0.09 0.04 0.06 0.61 17
16 圣 1200年 50 10 0.09 0.08 0.04 0.05 0.55 23
17 圣 1200年 50 10 0.10 0.05 0.07 0.03 0.30 26
18 圣 1200年 50 10 0.09 0.06 0.07 0.03 0.31 25
19 它 1000年 70年 10 0.09 0.08 0.04 0.05 0.55 21
20. 它 1000年 70年 10 0.10 0.03 0.09 0.01 0.13 27
21 它 1000年 70年 10 0.10 0.10 0.03 0.07 0.69 12
22 它 1100年 50 12 0.09 0.10 0.03 0.07 0.68 14
23 它 1100年 50 12 0.10 0.11 0.02 0.08 0.77 7
24 它 1100年 50 12 0.10 0.09 0.03 0.06 0.66 16
25 它 1200年 60 8 0.09 0.10 0.03 0.07 0.69 13
26 它 1200年 60 8 0.09 0.09 0.04 0.06 0.58 19
27 它 1200年 60 8 0.09 0.08 0.04 0.05 0.55 22
表7
评估符合美国钢铁协会的4340钢的干摩擦搅拌焊接。
美国没有。 销工具概要m / min 管转速(rpm) 焊接速度(毫米/分钟) 轴向力(kN) 加权 距离理想的解决方案 CC 排名
WH WT Eij+ Eij- - - - - - CCij
1 党卫军 1000年 50 8 0.10 0.11 0.01 0.05 0.87 1
2 党卫军 1000年 50 8 0.09 0.11 0.01 0.05 0.77 3
3 党卫军 1000年 50 8 0.10 0.11 0.01 0.05 0.81 2
4 党卫军 1100年 60 10 0.09 0.11 0.01 0.04 0.76 4
5 党卫军 1100年 60 10 0.09 0.11 0.02 0.05 0.73 6
6 党卫军 1100年 60 10 0.09 0.11 0.02 0.04 0.67 11
7 党卫军 1200年 70年 12 0.09 0.11 0.02 0.05 0.67 10
8 党卫军 1200年 70年 12 0.09 0.12 0.02 0.05 0.73 7
9 党卫军 1200年 70年 12 0.09 0.11 0.02 0.05 0.73 8
10 圣 1000年 60 12 0.10 0.08 0.04 0.02 0.39 23
11 圣 1000年 60 12 0.10 0.08 0.03 0.02 0.40 22
12 圣 1000年 60 12 0.10 0.08 0.04 0.02 0.36 24
13 圣 1100年 70年 8 0.09 0.10 0.02 0.03 0.57 16
14 圣 1100年 70年 8 0.11 0.09 0.02 0.03 0.60 14
15 圣 1100年 70年 8 0.10 0.09 0.02 0.03 0.60 15
16 圣 1200年 50 10 0.10 0.07 0.05 0.01 0.17 27
17 圣 1200年 50 10 0.10 0.06 0.05 0.01 0.21 26
18 圣 1200年 50 10 0.09 0.08 0.04 0.01 0.25 25
19 它 1000年 70年 10 0.10 0.09 0.03 0.03 0.53 19
20. 它 1000年 70年 10 0.10 0.09 0.02 0.03 0.56 17
21 它 1000年 70年 10 0.10 0.09 0.03 0.03 0.54 18
22 它 1100年 50 12 0.10 0.10 0.02 0.04 0.66 12
23 它 1100年 50 12 0.10 0.10 0.02 0.04 0.68 9
24 它 1100年 50 12 0.10 0.10 0.01 0.04 0.74 5
25 它 1200年 60 8 0.09 0.10 0.02 0.04 0.60 13
26 它 1200年 60 8 0.09 0.09 0.03 0.03 0.50 20.
27 它 1200年 60 8 0.09 0.09 0.03 0.03 0.45 21
表8
评估符合美国钢铁协会的4340钢的低温搅拌摩擦焊接。

从标准分析(偏好统一因素),工具概要文件类型,转速为1000 rpm管,焊接速度50毫米/分钟,8 kN的轴向力接近统一,即。理想溶液,干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊12,15,19,22- - - - - -25]。这些接近理想的样本来研究个体在不同环境条件下的微观结构特性影响焊接区。

3所示。结果与讨论

3.1。搅拌摩擦焊接反应的影响因素

增加0.76 - -42.93%和3.79 - -31.24%的显微硬度和抗拉强度,分别确定在低温搅拌摩擦焊接相关干铝合金的搅拌摩擦焊接,这是列在下表中9和图中所示12。
美国没有。 销工具配置文件(米/分钟) 管转速(rpm) 焊接速度(毫米/分钟) 轴向力(kN) %显微硬度增加低温焊 在低温焊%增加抗拉强度
1 党卫军 1000年 50 8 2.58 20.16
2 党卫军 1000年 50 8 1.96 23.95
3 党卫军 1000年 50 8 14.04 16.08
4 党卫军 1100年 60 10 3.40 12.99
5 党卫军 1100年 60 10 13.01 18.88
6 党卫军 1100年 60 10 2.98 8.51
7 党卫军 1200年 70年 12 2.22 3.79
8 党卫军 1200年 70年 12 9.23 21.45
9 党卫军 1200年 70年 12 5.71 10.49
10 圣 1000年 60 12 42.93 21.74
11 圣 1000年 60 12 9.35 6.97
12 圣 1000年 60 12 0.76 18.26
13 圣 1100年 70年 8 9.15 12.99
14 圣 1100年 70年 8 6.22 13.18
15 圣 1100年 70年 8 15.10 23.46
16 圣 1200年 50 10 14.17 18.60
17 圣 1200年 50 10 30.13 11.40
18 圣 1200年 50 10 41.34 12.59
19 它 1000年 70年 10 15.18 31.24
20. 它 1000年 70年 10 212.33 22.70
21 它 1000年 70年 10 3.75 16.34
22 它 1100年 50 12 8.56 27.78
23 它 1100年 50 12 3.66 18.15
24 它 1100年 50 12 19.09 22.21
25 它 1200年 60 8 7.91 17.28
26 它 1200年 60 8 16.15 13.34
27 它 1200年 60 8 16.61 15.15
表9
效果的低温干燥为AA 7075铝合金搅拌摩擦焊接。

图12
比较研究的干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。
3.2。摩擦搅拌焊的显微硬度衍生物的铝合金

27日进行硬度试验标本为不同摩擦stir-welded条件AA 7075铝合金,如图13。清楚地了解,进行了硬度测试在不同区域的焊接材料,如图13,和相应的值列在下表中10。

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(一)
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(b)
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(c)
图13
(一)Macroimage显示焊AA 7075合金的不同地区。(b)硬度测量描绘不同地区的7075合金焊AA。(c)硬度测量焊焊缝区域的AA 7075合金。
区 区名称 干 低温
1 基材 122年 122年
2 热影响区 62年 107年
3 形变场影响区 72年 81年
4 块区域 81年 95年
表10
硬度值为不同区域的摩擦stir-welded AA 7075合金(不同地区的样本选择)。

重要的区域是父区,热影响区(HAZ)和焊接区。从分析,发现热影响区展示了最小硬度值作为该地区最大的热量被吸收创建粗和细颗粒不规则结构。从表10,我们可以观察到一个增量的42.05%,11.11%,和14.73%的硬度值低温FSW过程AA 7075铝合金在热影响区相关干焊过程中,TMZ,新西兰地区。获得的硬度值在1.5毫米以下焊接表面(11]。镁和锌沉淀的存在(MgZn2)导致的减少焊过程中硬度(2,3]。

过度的温差发生在干FSW过程会导致亚稳沉淀导致焊缝区域的硬度下降(3,4,10]。立即纠正低温焊过程中发现由于细结构发生在该地区,从而创建一个脆性沿焊缝区(过渡区5]。在低温焊过程中,溶解沉淀减少是由于温差下降(12,13,15]。

3.3。摩擦搅拌焊衍生物的抗拉强度的铝合金

考虑的拉伸样本是描绘在图14,拉伸性能依赖于组织和搅拌摩擦焊接的环境。摩擦的拉伸情节stir-welded关节干燥和低温条件AA 7075合金如图15。

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(一)
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(b)
图14
焊标本之前(a)和(b)在拉伸试验之后。

图15
应力-应变图,为摩擦stir-welded样品在干燥和低温条件AA 7075铝合金。

一个稳定的抗拉强度是确定在低温条件下由于沉淀形成,分布在细均匀模式有一个明确的边界(谷物)条件5]。这些合金的强化是由于在低温搅拌摩擦焊接形成的亚稳相3,7]。粗糙结构,确定在干燥搅拌摩擦焊接、创建一个抗拉强度下降(6- - - - - -8]。

3.4。微观结构研究

摩擦stir-welded条件分析理解AA 7075铝合金,表面的放大25 x利用光学显微镜的微观结构来确定焊接组件,显示在图16。

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(一)
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(b)
图16
搅拌摩擦焊接样品在(a)和(b)干燥低温条件。

需要微观结构分析是很重要的,因为这表明硬度、强度,焊接表面的耐腐蚀性能随着这些表单应用程序的关键工业角度(15,19]。详细的微观结构分析和SEM图像如图所示17- - - - - -20.干燥和低温焊AA 7075铝合金。

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(b)
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(c)
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(d)
图17
详细的显微图像的干摩擦搅拌焊接AA 7075铝合金。(一)家长。(b)热影响区。(c)接口。(d)点焊熔核区。
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(d)
图18
详细的扫描电子显微镜图像的干摩擦搅拌焊接AA 7075铝合金。(一)家长。(b)热影响区。(c)接口。(d)点焊熔核区。
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(b)
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(d)
图19
详细的显微图像为低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。(一)家长。(b)热影响区。(c)接口。(d)点焊熔核区。
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(一)
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(b)
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(c)
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(d)
图20
详细的扫描电子显微镜图像的低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。(一)家长。(b)热影响区。(c)接口。(d)点焊熔核区。

摩擦stir-welded铝合金由镁锌(MgZn沉淀的形式2)主要在干旱条件下焊接,材料的晶粒尺寸在最初观察到的是92微米之前进行了搅拌摩擦焊接过程在两个不同的媒介(6]。减量21.68%是观察到的粒度在低温条件下摩擦搅拌焊过程相关的干燥,粗糙结构,表明下降作为列在下表中11(7,12- - - - - -15]。
美国没有。 微观结构条件 平均晶粒尺寸(µ)
1 干焊条件 60.17
2 低温焊条件 47.12
表11
最好和最差的样品的平均晶粒尺寸(使用“图像J”软件)。

在低温情况下,晶粒和细颗粒中确定焊缝区,这表明晶粒尺寸的下降由于较小的金属间化合物形成的焊接区(12]。在低温条件下,温度下降连续蒸发板形成,消除了温差发生在焊接区(12- - - - - -14,19]。宽的陨石坑/微孔的存在大大在干燥条件下焊接由于巨大的温差和增加摩擦系数(nonavailability润滑)(18]。另外,组件的剩余因素和流动性(压力)在工件焊接时。温差下降,低温搅拌摩擦焊接引起的间接缩短流动压力和拉力因素下降(剩余)5,22]。粗糙的粗粮在干燥FSW是由于沉淀形成(金属间的融合)2]。也有诱导应力沿焊缝线导致巨大的表面粗糙度主要沿焊接材料和不规则分布不均的区域。microcraters的减排和精密结构中获得低温摩擦stir-welded条件由于焊接过程的均匀性相关干FSW过程AA 7075铝合金22,25]。干焊导致AA 7075合金的拉伸残余因素,导致衰减的微裂隙离开短的应用程序领域的高应力加载条件(6,15]。

3.5。AFM分析

研究表面(地形)是由原子力显微镜(AFM)对干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。这个概要文件图像如图21的配置文件(平均)粗糙度是列在下表中12。

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(一)
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(b)
图21
原子力显微镜的(a)和(b)干燥低温摩擦stir-welded AA 7075个样本。
拉削 粗糙度因子(nm)
干 238年
低温 117年
表12
地形分析符合美国钢铁协会的4340在干燥和低温搅拌摩擦焊接表面。

从微观结构研究中,高坑被观察到在干燥搅拌摩擦焊接,也从图21,广泛的波状模式确定表明不规则焊缝区(HAZ)由于存在粗粮(5,6,19,24,25]。

缩减50.84%确定在低温搅拌摩擦焊接的粗糙度值相关的干摩擦搅拌焊接AA 7075合金。表面粗糙度降低可以归因于HAZ的缩减区,作为减少粗糙度参数依赖于温差下降(低热量进行了热影响区区)(24]。同时,表面粗糙度的因素下降表明晶粒细化发生在焊接表面(11,19]。随着温差下降,缩短表面粗糙度导致更高的晶粒细化,低温搅拌摩擦焊接工艺参数的确定。波状模式确定的焊接条件由于不规则表面(颗粒的定向障碍)。分析(地形)在分析中扮演着重要角色的边界边,腐蚀现象,残余因素(压力)5,23]。

3.6。XRD分析

剩余因子(压力)在焊接的应用中扮演着重要角色。焊接材料进行高压缩和拉伸加载点的焊接区域。计算出的剩余因素是主张罪广场技术(13,22]。在进行搅拌摩擦焊接,诱导应力发生由于轴向力和温差(巨大的)发生在不同区域的焊接材料,这在决定中发挥着关键作用的表面属性操作(3,25]。压力的因素是列在下表中13,相关的XRD图描绘在图22并进一步分析了主张罪2ψ技术(5,12]。
残余应力值(MPa) 干 低温
89.14 148.93
表13
残余应力(压)AA 7075摩擦stir-welded样品的分析。
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(一)
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(b)
图22
XRD的形象(a)和(b)干燥低温摩擦stir-welded AA 7075铝合金。

从分析,发现压缩残余因素增加40.14%在低温搅拌摩擦焊接相关干AA7075铝合金的搅拌摩擦焊接。剩余的衰减系数表明更高的焊接生命完整性在低温条件下生产的。XRD情节,转变峰确定低温搅拌摩擦焊接条件,表明更高的改进,减少晶界,从而诱导巨大数量的内部压力在焊缝区域(4,8,23]。

细化指出粮食(平均)大小下降沿焊缝区域表面。压缩因子,增加耐磨性是确定在该地区。扩大的峰值确定在低温搅拌摩擦焊接、提高应变的组件(横向因素)以及减少混乱发生在焊缝区域由于低温焊接条件(微分下降:脆性过渡,离开小微应变缺乏微裂隙,并减少磨损)。x射线衍射峰的宽度变化39%,表明减少谷物(平均)的大小。这些微应变、混乱和表面粗糙度下降使耐蚀性的因素焊接材料在低温条件下(15,22,24]。

3.7。腐蚀分析

一个氧化因素预计器焊接接头。摩擦搅拌焊铝合金在干燥,摩擦热生成和湿度(大气)的55%加快氧化率的铝在焊接周期(6,19]。形成的金属间化合物组成的碳化合物增加了表面粗糙度因素引起的拉应力,从而减少干焊条件下的耐蚀性因素(6]。这种现象没有低温焊过程中微裂隙的缺失和void-related问题在焊接区域艾滋病在耐腐蚀的因素6,8]。焊缝进行大面积周期的一个组成部分的摩擦,磨损、撕裂和加载因子。磨损材料暴露于环境领域的石油运输和汽车零部件进行腐蚀与接触不同的液体或基于air应用程序(6,13,22,24]。摩擦表面的阳极极化变化stir-welded组件图进行描述23,相应的腐蚀速率是列在下表中14。


图23
干燥和低温腐蚀分析AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。
的焊 干 低温
数据点 689年 692年
其他潜在的(mV) −457.39 −477.13
LPR(极化电阻) 132.47 177.18
我相关系数(mA /厘米2) 0.6189 0.4051
腐蚀速率(毫米/年) 3.894 1.247
开始可能(mV) −250
最终潜在(mV) 250年
扫描速度(mV /分钟) One hundred.
周期 1
B一个(mV) 120年
Bc(mV) 120年
表14
对干燥和低温腐蚀数据记录AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。

耐腐蚀总量67.97%的速度摩擦搅拌焊在相关低温干燥的焊铝合金,表面粗糙度的因素,减少由于粒径下降,压缩残余因素激增(6,14]。所有这些发生在焊缝区域时,被动的一个属性障碍发生在低温焊组件,表明高耐腐蚀(22,24]。中学阶段,表明晶界沉淀,提高了耐腐蚀的因素和机械强度的焊接区域,协助retainment和增加形成的屏障(被动地区)(8,15]。

4所示。结论

采用搅拌摩擦焊操作加入AA 7075铝合金(用途:石油工业、化工管道运输和国防桶)在干燥和低温环境条件。实验调查的主要发现(1)增加了0.76 - -42.93%和3.79 - -31.24%在显微硬度和抗拉强度,分别确定在低温搅拌摩擦焊接相关的干摩擦搅拌焊接铝AA7075合金。(2)从标准分析(TOPSIS:优先统一因素),工具概要文件类型,管转速为1000 rpm, 50毫米/分钟的焊接速度,轴向力8 kN接近统一理想溶液干燥和低温AA 7075铝合金的搅拌摩擦焊接。(3)在低温搅拌摩擦焊接、温差下降是经验丰富,帮助缩短焊接温度,从而减少内应力(拉伸)诱导组件表面。这些因素缓解表面形态通过减少粗结构(沉淀镁锌(MgZn2摩擦搅拌焊条件)中形成干燥,和减量21.68%是观察到的粒度在低温条件下相关的干焊过程。(4)低温环境下摩擦stir-welded组件展示降温,减少表面粗糙度和细晶粒结构由于减少温差发生在焊接区。缩减50.84%确定在低温搅拌摩擦焊接的粗糙度值相关的干摩擦搅拌焊接AA 7075合金。(5)压缩残余因素增加40.14%在低温搅拌摩擦焊接相关干AA7075铝合金的搅拌摩擦焊接。残余的衰减因子表示更高的焊接完整生产生活在低温条件下,由于更高的细化晶粒尺寸和晶界减少的现象。(6)x射线衍射峰的宽度变化39%,峰值的扩大表明减少谷物(平均)的大小。这些微应变,减少混乱,降低表面粗糙度的因素钝化障碍,帮助在耐蚀性和高内应力反对穿组件。(7)耐腐蚀总量67.97%的速度摩擦搅拌焊在相关低温干燥的焊铝合金,由于温差减少,表面粗糙度的因素,粒度下降,压缩残余因素激增。

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。

确认

作者想表达衷心感谢科学与工业研究理事会(CSIR),印度政府,新德里,提供研究基金高级研究计划下奖学金(批准号09/468/0496/2016 EMRI-I)从2017年4月。

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