Alüminyum / magnezyum (Al / Mg) malzeme çiftinin sürtünme karıştırma kaynağı ile kaynak edilebilirliğinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, AA7075-T6 alüminyum ve AZ31B magnezyum alaşımlarının sürtünme karıştırma kaynak (SKK) yöntemiyle birleştirilmesi ve işlem parametrelerinin kaynak kalitesine etkileri araştırılmıştır. Kaynak birleştirmeler, TOS FGU 32 üniversal freze makinesinde Taguchi karışık ortogonal dizi, L16 (44 x 21) esas alınarak yapılmıştır. 300 mm x 100 mm x 5 mm boyutlarındaki levhaları birleştirmek için özel bir bağlama kalıbı geliştirilmiştir. Numuneler, dört farklı takım ilerleme hızı (20, 22, 24 ve 26 mm/dak), Al tarafında (ilerleme tarafı) dört farklı takım kaydırma değeri (0; 0,25; 0,50 ve 0.75 mm), iki farklı takım eğim açısı (0° ve 3°) ve iki farklı takım ucu geometrisi (kare ve üçgen) ile 500 dev/dak sabit takım dönüş hızında kaynatılmıştır. SKK parametrelerinin kuvvetler ve sıcaklık üzerindeki etkilerini belirlemek için varyans analizi (ANOVA) yapılmış ve regresyon analiziyle matematiksel modeller geliştirilmiştir. Metalografik test sonuçları, yüksek sıcaklık ve yoğun deformasyonun oluştuğu kaynak bölgesi üzerinde dinamik olarak yeniden kristalleşen ve ince taneli yapının meydana geldiğini göstermiştir. Radyografik analiz sonuçları, kuvvet ve sıcaklık dalgalanmalarının kaynaklı bölgenin mikroyapısını etkilediğini ve homojen karışımı önlediğini ortaya koymuştur. En iyi kaynak sonuçları, eksenel ve ilerleme kuvvetleri ile sıcaklık değerlerinin istikrarlı davranış gösterdiği birleştirmelerde elde edilmiştir. Geçiş bölgelerinde sert ve gevrek yapılarından dolayı birleştirmelerin mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkileyen Al3Mg2 (β) ve Al12Mg17 (γ) intermetalik bileşiklerin varlığı tespit edilmiştir. İntermetalik bileşikler, mikro çatlaklar, gözenekler ve kaynak hattındaki tünel hataları, çekme ve eğme mukavemetlerinin azalmasına neden olmuştur. En yüksek çekme ve eğme mukavemeti, 20 mm/dak takım ilerleme hızında, 0,75 mm takım kaydırma değerinde, 3 °'lik takım eğim açında ve üçgen uç geometrisine sahip takımın kullanıldığı kaynaklı birleştirme sonucunda elde edilmiştir. Sertlik değerleri, kaynak bölgesinde oluşan ince taneli yapıya ve intermetalik bileşik oranına bağlı olarak artmıştır. En yüksek sertlik değerlerinin, ana malzemelerle kıyaslandığında, birleştirme hattında oluştuğu görülmüştür.

In this study, the ability to join of AA7075-T6 aluminum and AZ31B magnesium alloys with friction stir welding method and the effects of process parameters on the welding quality were investigated. The welding experiments were conducted based on the Taguchi mixed-orthogonal-array for tests, L16 (44 x 21) using TOS FGU 32 universal milling machine. A special fixture apparatus was developed to combine the sheets of size 300 mm x 100 mm x 5 mm. Specimens were welded with the four feeds (20, 22, 24 and 26 mm/min), four tool offset (0, 0.25, 0.50 and 0.75 mm) on the Al side (advanced side), two different tool tilt angle (0° and 3°) and two different tool tip geometry (square and triangle) at the constant tool rotation speed of 500 RPM. Analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the effects of the FSW parameters on forces and temperatures during the welding process and mathematical models were developed through regression analysis. The metallographic test results depicted that the dynamically recrystallized and fine-grained structure occurred on the welded zone due to the high temperature and extreme deformation. The radiographic analysis results showed that the force and temperature fluctuations affected the microstructure of the welded zone and prevented homogeneous mixture. The better welding results were obtained under the stable forces and the temperatures. Al3Mg2 (β) and Al12Mg17 intermetallic compounds were observed in the transition region and affected the mechanical properties of the joints due to their hard and brittle structures. The highest tensile and transverse rupture strength were measured at lower tool traverse speed of 20 mm/min, highest tool offset value of 0.75 mm and mixer tool tilt angle of 3° having with triangle tool tip. The hardness values were increased depends on the fine-grained structure and intermetallic compounds ratio on the welded zone. The higher hardness values were occurred at the joint line compared to the base materials.