of AZ91 magnesium alloy with using GTAW process

Transcript

1 با AZ91 منیزیم آلیاژ مکانیکی خواص و ریزس اختار روی بر ورودی حرارت تأثير GTAW فرایند از استفاده 4 عرب مصطفی بنی نصراله 3 نامی بهرام 2 خدابنده علیرضا 1* رفیعی فرزاد )f.rafiee_agh@yahoo.com الكترونيك: )پست تهران وتحقیقات علوم واحد اسالمی آزاد دانشگاه متالورژی و مواد مهندسی دانشکده ارشد کارشناسی دانشجوی 1- )ar_kh@yahoo.com الكترونيك: تهران )پست وتحقیقات علوم واحد اسالمی آزاد دانشگاه متالورژی و مواد مهندسی دانشکده استاديار 2- )Bnami@srttu.com الكترونيك: )پست تهران رجایی شهید دانشگاه مکانیک دانشکده استاديار 3- )n.arab@srttu.com : الكترونيك )پست تهران رجایی شهید دانشگاه مکانیک دانشکده استاديار 4- Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy with using GTAW process F. Rafiee* 1, A.r. Khodabandeh 2, B. Nami 3, N. Bani Mustafa arab 4 1-M.Sc student of materials engineering, Islamic Azad University- Science and Research Branch, Tehran, f.rafiee_ agh@yahoo.com 2- Assist. Prof, Faculty of Metallurgical and Materials Engineering, Islamic Azad University- Science and Research Branch, Tehran, ar_kh@yahoo.com 3- Assist. Prof, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee University, Bnami@srttu.edu 4- Assist. Prof, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee University, n.arab@srttu.edu چكيده که طوری به گرفت ق رار بررس ي مورد AZ91 منیزیم آلیاژ اتصال مکانیکی وخواص ریزس اختار روی بر ورودی ح رارت پژوه شتاثیر ای ن در فرايند از اس تفاده با 688( J/mm و ترتيب مختلف)به ورودي حرارت س ه در اتصال عمليات و بوده لب به لب صورت به اتصال حالت درآن الکترونی میکروسکوپ و نوری میکروسکوپ با ریزساختاری مشاهدات پذيرفت. انجام خنثی) GTAW ( گاز محافظت تحت تنگستنی قوسی جوشكاري پهنای و شده تتر درش شده) PMZ ( جزئي ذوب منطقه و جوش منطقه دو هر در دانهها اندازه ورودی حرارت افزایش با كه داد نش ان )SEM( روبش ی و جوش منطقه دو هر در β يوتكتيك فاز مورفولوژي تغيي ر 688 باعث J/mm تا ورودی حرارت افزایش این بر عالوه اس ت. یافته افزایش مناطق اي ن مرز حالت از آن توزیع و ميآيد در دانهاي و منقطع شكل به پيوس ته حالت از كه ترتيب اين به ميش ود جوش( منطقه در )بخصوص ش ده جزئي ذوب مييابد. تغییر پراکنده حالت به دانهای به حاصله اس تحكام جوش منطقه در گازي حفرههاي ايج اد دليل به 688( ب اال) J/mm ورودي حرارت در كه ميدهد نش ان كش ش تس ت نتايج ميدهد. نشان را كاهش %21 حدود 267( پايينتر) J/mm ورودي حرارت با مقايسه در كه ميرسد 114 MPa نگاری شکست مکانیکی خواص ریزساختار تنگستنی قوس جوشکاری ورودی حرارت AZ91 منیزیم آلیاژ کلیدی: واژههای Abstract In this study, the effect of heat input on microstructure and mechanical properties of magnesium alloy, AZ91, were investigated. The butt welding was carried out at three different heat inputs (269, 452, and 657 J/mm), using a tungsten arc welding process under the protection of inert gas (GTAW). Microstructure observation with optical (OM) and scanning electron, microscopes (SEM) showed that with an increase of the heat input, the grains both in the fusion zone and the heat-affected zone coarsen and the width of the heat-affected zone increased. Moreover, an increase of the heat Input up to 657 J/mm resulted in a decrease of the continuous Mg17Al12 phase and an increase of the granular (particularly in weld area) and randomly dispersed. The results of tensile tests show that at high heat input the welding strength will decrease to 114 MPa, due to creation of gas voids in the welding area. This value is 21% less than that observed for lower heat input (269 J/mm). Key words: AZ91 magnesium alloy, heat input, tungsten arc welding process, microstructure, mechanical properties, fractography ( )کد: 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی 36

2 كننده پر فلز و پایه فلز شیمیایی جدول 1 :ترکیب آلياژي عنصر Al Cu Fe Mn Si Zn Mg باقيمانده پايه فلز وزني درصد )AZ 91( 7/6 0/01 0/004 0/172 0/03 0/37 باقيمانده كننده پر فلز وزني درصد )ER AZ92A( 8/3 0/05 0/005 0/15 0/05 1/7 مقدمه آلومينيوم با مقايسه در كه 1/74 gr/cm³( پائين چگالي از تركيبي به استحكام نس بت است( س بكتر %70 آهن با مقايس ه در و %30 امواج برابر در خ وب محافظ و ارتع اش ميرايي قابليت ب اال وزن س ازهاي كاربردهاي براي را منيزيم آلياژه اي الكترومغناطيس ي مورد هوافضا صناي ع و س ازي خودرو صنايع در اغلب كه س بك آلياژ منيزيم آلياژهاي بين در است] [. ساخته متمايز است نياز هب ميآيد حس اب به منيزيم ريختهگري آلي اژ معروفتري ن AZ91 خود به را ريختهگري قطع ات توليدات از عم دهاي بخش طوريكه پيچيده و بزرگ قطعات س اخت وجود اين با اس ت. داده اختصاص گران و دش وار اتاق دماي در آلياژ پائين پذي ري انعطاف دليل ب ه هگزاگونال كريستالي ساختار خاطر به موضوع اين و ميباشد قيمت خوردار بر كافي لغ زش سيس تم تعداد از كه بوده منيزي م )HCP 1 ( اتصال تكنولوژي آلياژها اين كارايي ارتقاء جهت رو اين از نميباشد. در نيز زيادي تالشهاي خصوص اين در و يكند م ايفا را مهمي نقش مختلف فرايندهاي از استفاده با منيزيم آلياژهاي جوشكاري بررسي و الكتروني پرتو جوشكاري تركيبي ليزر جوشكاري FSW 2 قبيل: از است] 1 4 [. پذيرفته صورت )TiG 3 خنثي) گاز محافظت تحت جوشكاري در سهولت و اقتصادي داليل به TIG فرايند فوق فرايندهاي ميان از جهت گزينه بهترين و است گرفته قرار توجه مورد بيشتر دسترس ي وجود این با ميآيد. حساب به ريختهگري معيوب قطعات بازس ازي پيدايش به وسيع انجماد دامنه داشتن دليل به AZ91 ريختهگري آلياژ در ميباشد] 5 6 [. مس تعد گرم ترك و تخلخل جدايش قبيل از عيوبي منطقه ورودي حرارت و فرايند نوع به بس ته نيز جوش كاري هنگام ساختاري ريز لحاظ از كه ميآيد بوجود متفاوتي )PMZ 4 جزئي) ذوب معطوف پذيرفته صورت تحقيقات اكثر و ميباشد گرم ترك به مستعد حرارت زمان هم تاثير وجود اي ن با [. ميباش د] حوزه اين به استفاده با حاصله جوش مكانيكي خواص و ريزس اختار بر ورودي شده پرداخته بدان كمتر كه اس ت موضوعاتي جمله از پركننده فلز از بهينه ورودي حرارت به دستيابي نیز تحقيق اين اصلي هدف و اس ت فلز به نسبت جوش خواص افت حداقل آن در كه بهطوري ميباش د شود. حاصل as welded شرايط در پايه تحقيق روش و مواد هها نمون سازی آماده و استفاده مورد اولیه مواد ش ده گری ریخته پلیت یک از جوش کاری عملیات انجام ب رای mm ابعاد در AZ91 ماس هاي(آلياژ ريختهگ ري )روش شیمیایی ترکیب و شد اس تخراج mm ابعاد به هایی نمونه )GNR-METALAB- کوانتومتری) 75-80J آنالیز دستگاه توسط نیز آن نبود از اطمینان جهت اين بر عالوه گردی د. تعیین جدول 1 با مطابق گرفتند. قرار نیز رادیوگرافی آزمون تحت نمونه ها داخلی عیوب امر این و باالس ت اکس یژن با منیزیم واکنش میل آنجائیک ه از می جوش کاری حين ) LOF (در ذوب عدم قبیل از عیوبی بروز س بب اس اس این بر کند می ایفا مهمی نقش اتصال طراحی رو این از نماید اتصال طرح جای به اتصال ریش ه به مذاب آسان دسترس ی جهت به جوش کاری از قبل ها نمونه گردید. اس تفاده U اتصال طرح از V توسط ابتدا کاری ماشین مرحله از باقیمانده آلودگیهای رفع منظور با برسهای توسط س پس و شده ش یمیایی تمیزکاری اتانول الکل زدایی اکس ید طرف دو هر از 2 Cm پهناي به زنگ ضد فوالد س یم گردیدند. مکانیکی( )تمیزکاری ها نمونه جوشکاری كه مسي بند پشت تس مه روي بر س ازي آماده از بعد ها نمونه بر عمود جهت در و بود ميليمتر قطر 6 به دايرهاي نيم ش يار حاوي جوش پشت حفاظت منظور به س وراخهایی منظم فواصل در نيز آن جوش كاري عمليات گرفت. قرار لب به لب بصورت بود ش ده تعبيه پر فلز از استفاده با و TIG-MAGIC WAVE 5000 دس تگاه بوس یله پارامتر بيشتر اكسيدزدايي جهت و پذيرفت صورت ER AZ92A کننده تنگس تن قوس ايجاد جهت گرديد. تنظيم +3 روي بر آن AC-Balance از نيز جوش حفاظت جهت و انتخ اب 2.4mm قطر به )EWP( خال ص 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی 1-Hexagonal Close Packed 2-Friction Stir Welding 3-Tungsten Inert Gas 4-Partially Melted Zone 37

3 تحقیق اجرایی پارامترهای جدول 2 : نمونه جريان )A( جريان )A( ولتاژ )v( سرعت )mm/s( دبي پشتي گاز )lit/min( ورودي حرارت )J/mm( /6 2/6 2/6 16/5 14/5 12/4 B C D B C D 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی حركت سرعت همچنين گرديد. استفاده 12mm قطر به سراميكي نازل تمامي براي راندمان) η ( و اصلي گاز جريان نرخ گرمايي پيش دماي 12)lit/min( 150 Cº 2/6)mm/s( ب ا برابر ترتيب به و ثابت نمونهه ا پارامترهاي بيش تر جزئيات اين بر عالوه ش د. گرفته نظر در 0/7 و است. شده ارائه 2 جدول در تحقيق اين در استفاده مورد با ابتدا که ب ود اس اس این بر جدول 2 پارامترهای تعیین مالک خطا و سعی روش و زمینه این در موجود منابع اطالعات از استفاده و آمد بدست بود مناسبي ظاهري شكل داراي كه بهینه جریان ش دت با نمونه یک و باالتر جریان ش دت با نمونه یک آن به نسبت س پس عملیات و گردید انتخاب %30 حدود اختالف با پائینتر جریان ش دت حاصله ورودی ح رارت پذیرفت. صورت آنها روی بر جوش کاری نگهداشتن ثابت و جوش کاری جریان تنظیم با ]9[ رابطه) 1 ( با مطابق گردید: محاسبه پارامترها بقیه H.I=(V.I.η)/S )1( η و جوش کاری س رعت S جریان ش دت I ولتاژ V آن در که (میباشد. )0/7 قوس راندمان بود الزم بهینه جریان ش دت به یابی دس ت بر عالوه همچنین گاز نرخ منظور این برای تعیینگردد. نیز پش تی محافظ گاز نرخ كه نظر در 12 Lit/min با برابر و یکسان بطور پش تي و اصلی مصرفی جوش نفوذ جوش پشت بررسی و جوشکاری اتمام از بعد شد. گرفته منطقه این در گاز ب االی تالطم در نتیجه ک ه ش د حاصل متخلخلی Lit/min تا پش تی گاز نرخ بعدی نمونههای برای بنابراین ميباش د. گردید. حاصل مطلوب نتیجه و پذیرفت کاهش 10 و سطحي عيوب بررسي جهت جوش كاري عمليات انجام از بعد نمونهها روي بر راديوگرافي و نافذ مايعات آزمون ترتيب به داخل ي منطقه و جوش ریزس اختار بررس ی جهت همچنين پذيرفت. انجام و بریده مقطع از ج وش بر عمود جه ت در ها نمون ه آن مج اور ترکیب با نایتال محلول از کردن اچ برای گرديدند. متالوگرافی آم اده استفاده ثانیه مدت 5 به 5mL HNO3+100mL ethanol(95%) شیمیایی مناطق ریزساختاری بررسی جهت کردن اچ مرحله اتمام از شد.پس - Olym مدل نوری میکروسکوپ از پایه فلز و حرارت از متاثر جوش برای اين بر عالوه گردی د. اس تفاده متفاوت بزرگنماییهای با pus روبشی)مدل الکترونی میکروسکوپ از آلیاژی عناصر توزیع بررسی گردید. تهیه الزم تصاویر و EDSاستفاده به TESCAN (مجهز WEGA شرايط در اتصال مقاطع سختي مقدار مقايس ه و بررسي منظور به مقدار با ویک رز س نجی س ختی مختلف آزمون وروديهاي حرارت دستگاه بوس یله ثانیه 10 مدت به نیرو اعمال زمان و 300gf نیروی نقاط فاصله بهطوریکه پذیرفت. انجام LECO VG-101 س نج سختی یک C و B نمونههای در پایه فل ز و جوش مناطق در همدیگر از اث ر گرفته نظر در 0/3 mm ش ده جزئی ذوب منطقه در و بوده میلیمت ر آزمون مکانیکی خواص بررس ی آزمونهای مهمترین از ش د.یکی کششی استحکام مقایس ه برای تحقیق این در که ميباش د کش ش کشش آزمون نمونههای جوشکاری مختلف شرایط در اتصال مقاطع ش دند. تهیه Sub size بصورت ASTM-B557M اس تاندارد با مطابق وسط در کامال جوش مقطع که بودند های بگون ش ده تهیه نمونههای ظرفیت با SANTAM دستگاه بوسیله کش ش آزمون گرفت. قرار آنها انجام 2 mm/min سرعت با و محیط دمای ش رایط در تن 2 کش ش پذیرفت. بحث و نتايج جوش ظاهري شكل بر ورودي حرارت تأثير نفوذ عمق و ارتف اع پهنا ورودي ح رارت جوش كاري از بعد جدول در آن نتايج كه گردید اندازهگيري و نمونهمحاس به هر جوش است. شده داده نشان 3 پهنا بيش ترين اس ت ش ده داده نش ان جدول 3 در همانطوركه زا علتاس تفاده وDبه C B نمونههاي در ترتيب به جوش( )ع رض 0/2( mm( نفوذ عمق کمترین و آم ده بوجود باالتر ورودي ح رارت منیزیم آلیاژهای در آنجاییک ه از میش ود. دیده D نمونه در نی ز فلزات دیگر با مقایس ه در رو این از باالس ت حرارت انتقال می زان وجود جوش عرض شدن پهنتر انتظار مش ابه ورودی حرارت در نوک ش کل ش دن کروی دلیل به AC قطبیت در اینک ه دوم و دارد شدت افزایش با و نداشته وجود قوس تمرکز امکان تنگستن الکترود میپذیرد. افزایش نیز قوس درگیری منطقه وس عت الکتریکی جریان 38

4 جوش ظاهری شکل بر ورودی حرارت میزان تأثير جدول 3 : نفوذ عمق ورودي) J/mm ( حرارت جوش) mm ( عرض/پهنای )mm( جوش) mm ( ارتفاع نمونه /7 2 B /7 1/7 C /2 1/8 D ميكند. انجماد به شروع α(mg) او ليهء فاز تشكيل بوسيلهء بدليل ام ا ميباشد. α(mg) فاز %100 آلياژها اين تعادلي ريزساختار شده تش كيل انجماد طول در پايدار نيمه يوتكتيك تعادلي غير انجماد ميزان كه آلومينيوم - منيزيم آلياژه اي ريزس اختار در نتيجه در و خواهد مشاهده يوتكتيك فاز باشد وزني %2 از بيشتر آنها آلومينيوم ريختهگري پايه فلز ريزس اختار متالوگرافي تصوير شكل 2 ش د] 5 [. پايه فلز ريزساختار بررسي نتايج ميباشد. AZ91 منيزيم آلياژ ش ده 91 منیزیم آلیاژ پایه فلز ریزس اختار عمده بخش که دهد می نش ان ذوب منطقه تشكيل از شماتيكي نماي و AZ91 آلیاژ فازي شكل 1 :دياگرام ]8[ جزئی داراست برخور ورودي حرارت بيش ترين از كه B نمونه در بنابراین در که اس ت یافته افزایش میلیمتر 15 تا جوش پهنای 688( J/mm( با داراست برخور ورودی حرارت کمترین از كه D نمونه با مقایس ه قابل نکات از همچنین میدهد. نشان را %40 كاهش میلیمتر 9 پهنای آن پائین نفوذ عمق می زان میخورد چش م به نمونهD در که توجه از ناچیزی حد در ورودی حرارت اگر و (است میلیمتر 0/2 ميباشد) بر عالوه داشت. خواهد وجود نفوذ عدم ایجاد امکان ش ود کمتر این پخش امکان است ورودیپائین حرارت علتاینکه به D نمونه در این بر اتصال مرکز در بیش تر و پذیرفته کاهش کنارهها به مذاب ش دن جدول در همانطورکه آن ارتفاع اندازه و است شده انباش ته هم روی است. رسیده میلیمتر 1/8 حدود به شده ارائه 3 ها نمونه ريزساختار بر ورودي حرارت تاثير پايه فلز ريزساختار جامد حالت در منيزيم در آلومينيوم حالليت ماكزيمم آنجائيكه از فاز يك ميباشد. وزني 13% حدود )1( ش كل فازي دياگرام با مطابق وزني 33% حدود در Mg 17 Al 12 فل زي بين فاز و α(mg) بين يوتكتي ك زا پايينتر آلیاژ این در آلومينيوم ميزان ميش ود. تشكيل آلومينيوم آلياژ اين نتيجه در و وزنی( درص د )8/6 بوده حالليت حد ماكزيم م است نمایان سفید رنگ با که بوده α(mg) دندریتهای بر مشتمل AZ یوتکتیکβ و α یوتکتیک از اع م یوتکتی ک) Mg17Al12)β فازهای و این بین در الیهای( یوتکتیک یا و جزئي ش ده جدا یا کامل شده )جدا مراجع در ریزس اختاری چنین مشابه است. ش ده واقع دندریتها است. گردیده مشاهده نیز ] [ جوش منطقه ريزساختار ورودیهای حرارت در جوش منطقه ریزساختار تصاویر 3 شکل جوش منطقه در ميباش د. وD C B نمونههای در ترتیب به مختل ف و 688( J/mm( باالتر ورودي ح رارت از اس تفاده دليل به B نمون ه اندازه ديگر نمونههاي به نسبت آن با متعاقب آهسته شدن سرد نرخ رسوبهای اندازه و تعداد از همچنين اس ت. شده درش تتر دانهها شده زيادتر منقطع رس وبهای آن جاي به و شده كاسته پيوس ته رسوب توزیع به های دان مرز رس وب توزیع میرسد نظر به اس ت. ورودی حرارت که ميباشد علت بدین این و است شده تبدیل پراکنده تبدیلبه را آن و نموده پیوسته رس وبهای نمودن تجزیه باعث باال فاز مورفولوژی همچنین است. کرده دانهای یا و پیوسته غیر رسوب منطقه در است. ش ده تبدیل ش ده کامالجدا یوتکتیک به β یوتکتیک جوشکاری 449( J/mm( متوسط ورودي حرارت با كه C نمونه جوش پیوسته رسوبهای از تركيبي دارای حاصله جوش ریزساختار شده رسوبهای تعداد از B نمونه به نسبت که طوری به ميباشد منقطع و است شده افزوده پیوسته رسوبهای تعداد بر و شده کاسته منقطع فاز مورفولوژی است. شده بزرگتر رس وب خود اندازه هم اندکی و شدن سرد س رعت اثر در نیز نمونه این جوش منطقه در β یوتکتیک 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی 39

5 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی پایه فلز از نوری میکروسکوپ تصاویر شكل 2 : اس ت. ش ده تبدیل ش ده کامالجدا یوتکتیک به B نمونه همانند باال 267( J/mm( پائین ورودي ح رارت با كه نمونهD جوش منطق ه در به یافته افزایش رسوبها پیوستگی هم و اندازه هم ش ده جوشکاری دیگر نمونههای از نمونه این در رسوب حجم گفت میتوان که طوری نبوده حدی به ورودی حرارت که گرفت نتیجه میتوان و است بیشتر چون طرفی از و نماید حل خود در را پیوسته رس وبهای بتواند که رو این از است باالتر نمونهها بقیه از نمونه این در ش دن س رد نرخ β یوتکتیک فاز مورفول وژی اس ت. کوچکتر همه از آن دانه اندازه همانند باال شدن سرد س رعت اثر در نیز نمونه این جوش منطقه در حالیکه در اس ت ش ده تبدیل ش ده کامالجدا یوتکتیک به B نمونه دیگر های نمونه با مقایس ه در فاز این در موجود آلومینیوم درصد است. نموده پیدا افزایش شده) PMZ ( جزئي ذوب منطقه ريزساختار را )PMZ( شده جزئی ذوب منطقه ریزس اختار تصاویر 4 شکل در که طور همان میده د. نش ان مختلف ورودیهای ح رارت در و ذوب باعث جوش کاری از ناش ی حرارت دید میت وان تصوی ر در بطوریکه اس ت. نموده مناطق این در β یوتکتی ک فاز تجزی ه بعضی ش دن اکس ید به منجر حتی باال ورودی حرارت با B نمونه است. شده اشاره آن به تصویر در که اس ت گردیده نیز قسمتها از مکانیزیمی همان ذوب م رزی خط از گرفتن فاصل ه با ادام ه در طوری به میش ود دیده نیز منطقه این در میداد رخ جوش در ک ه اس ت برخوردار ورودی حرارت بیش ترین از که B نمونه در ک ه شده کاسته آن پیوس تگی حالت از و شده کوچکتر رس وب اندازه منطقه این PMZ عرض و است شده تبدیل منقطع حالت به بیش تر و است بیش تر دیگر نمونههای از باالتر ورودی حرارت خاطر به نیز شبیه س اختاری که ذوب مرزی خط در این بر عالوه. 4/6( mm( یوتکتیک فاز آلومینیوم درصد اینکه دلیل به دارد ش بکهای ساختار سمت به یوتکتیک مورفولوژی اتمی( درصد )30/43 میباش د باال β بررس ی با اس ت. کرده پیدا تمایل دانهای( و )فیبری منظم یوتکتیک مورفولوژی تغییر که رسید نتیجه این به میتوان مناطق این دقیقتر ميباشد یکسان تقریبا نمونه سه هر برای تفاوت اندکی با رس وبها ذوب خط به نزدیک فازβ رس وبهای که اس ت صورت بدین آن و نیمه یوتکتیک به آن از گرفتن فاصله با و داش ته شبکهای س اختار میش ود. تبدیل ش ده جدا کامال یوتکتیک به نهایت در و ش ده جدا تعداد شده جوش کاری متوس ط ورودی حرارت با که C نمونه در کاهش با بنابراین است شده Bبیشتر نمونه به نسبت پیوسته رسوب فراهم رس وبها تجزیه جهت کافی زمان و ان رژی ورودی حرارت درصد اینکه دلی ل به منطقه این در ای ن بر عالوه اس ت. نگردیده این از اتمی( درصد )32/24 میباش د باال β یوتکتیک فاز آلومینیوم دانهای( و منظم)فیبری یوتکتیک س مت به یوتکتیک مورفولوژی رو دارد که باالتری آلومینیوم درص د دلیل به و اس ت کرده پیدا تمایل نمونه در است. شده بیشتر B نمونه با مقایس ه در آن فیبری مقدار و پیوستگی است ش ده جوش کاری پائین ورودی حرارت با که D به منطقه این پهنای که تفاوت این با میش ود بیشتر رس وب پهنای کمتر دیگر نمونههای از ورودی حرارت ترین پائین از استفاده علت که است آن از حاکی ش ده گرفته آنالیز نتایج (. 3 اس ت) mm ش ده از اتمی( درصد است) 34 دیگر نمونههای از باالتر آلومینیوم درصد است ش ده متمایل منظم یوتکتیک س مت به فاز مورفولوژی رو این آن به باالتری بزرگنمایی ) 4)Cدر ش کل تصویر در همانطورک ه و و آمده بوجود الی های یوتکتیک مناطق از بعضی در ش ده اش اره منطقه این در بنابراین اس ت. ش ده فیبری یوتکتیک جایگزین تقریبا چنین باال آلومینیوم درص د و پائین ورودی ح رارت نرخ دلیل ب ه است. داده رخ مورفولوژیی مكانيكي برخواص ورودي حرارت تاثير سنجی سختي مقايسه مورد هم با نمونه سه هر جوش سختي 5 پروفيل شكل در سختي مقدار پايينترين كه است آن از حاكي نتيجه است. گرفته قرار در كه ویکرز( 58/1 میانگین )با B نمونه جزئي) PMZ ( ذوب منطقه در نسبت که میشود دیده شده واقع ورودي حرارت بيش ترين معرض مناطق سختی بیش ترین یدهد. م نش ان را کاهش %10/5 پایه فلز به 64/47 با C و ویکرز 66/15 با D نمونههای در ترتیب به نیز ج وش پایه فلز با مقایس ه در که آمد بدس ت ویکرز 63/6 با B و ویک رز 40

6 D )2 67 J /mm(c و C 449 ( J/mm( b( B ( 688 J/mm()a- مختلف یهای ورود حرارت در جوش منطقه ریزساختار تصاویر شکل 3 : D )2 67 J /mm(c و C 449 ( J/mm( b( B ( 688 )J/mm مختلف یهای ورود حرارت در شده جزئی ذوب منطقه ریزساختار تصاویر 4: شكل دهد می نش ان )%3( پائینی بس یار کاهش ) C و B های نمون ه )در رسیده نیز پایه فلز اندازه به حاصله س ختی D نمونه در بطوریکه پایه> فلز ترتیب: به C و B نمونههای برای مناطق سختی ترتیب است. مقایسه از این بر عالوه ميباش د. جزئي ذوب منطقه جوش< منطقه ذوب منطقه نمونه س ه هر در که رس ید نتیجه این به میتوان مناطق نیز آنها بین در و داده اختصاص خود به را سختی پائینترین جزئي میانگین با س ختی کمترین از باال ورودی حرارت دلیل به B نمون ه کاهش %10/5 پایه فل ز به نس بت که بوده خوردار بر ویک رز 58/1 D نمونه )PMZ( منطقه همین در مقابل در و میدهد نش ان را سختی فلز به نسبت که است برخوردار سختی بیش ترین از ویکرز با 61/43 صورتیکه در کلی بطور میدهد. نشان را س ختی کاهش %6/4 پایه خر پائین ورودی حرارت اث ر در معموال که ) )LOF ذوب عدم عی ب تحقیق این میش ود)در حاصل خواص بهترین بوجودنیاید ميدهد شد(. مشاهده D نمونه در كشش آزمون مکانیکی)استحکام خواص بر ورودی حرارت تاثیر بررسی جهت نظر در تست نمونه 4 گروه هر برای طول( ازدیاد درصد و کشش ی فلز و همدیگر با شكل 6 نمودار با مطابق حاصله نتیجه و ش د گرفته های نمونه کششی استحکام میانگین گرفت. قرار مقایس ه مورد پایه : ترتیب به شده جوشکاری و آم د بدس ت B )118 MPa( >C )133 MPa( >D )134 MPa( رش د و ورودی حرارت افزایش با که اس ت آن بیانگر موضوع این کاهش اس تحکام پچ( هال رابطه با )مطابق آن از حاص ل دانهه ای و جزئی ذوب مناطق در دانه رشد بیش ترین آنجاییکه از و میپذیرد باالست مناطق این از شکس ت احتمال میدهد روی حرارت از متاثر یا و داده روی خاصی انفعاالت و فع ل جوش منطقه در که این مگ ر است صورت این در باش د. پایه فلز از متفاوت آن ش یمیایی ترکیب موضوع این که ناحیهشود آن از استحکام کاهش باعث تواند می که 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی 41

7 همدیگر با هها نمون جوش سختي پروفيل مقايسه 5 :منحنی شكل ها نمونه کششی استحکام مقایسه نمودار 6: شکل 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی بدلیل آن در بطوریکه اس ت. شده مش اهده B4 و B2 نمونههای در تا ترتیب به آنها استحکام جوش منطقه در گازی حفرههای تش کیل پایه فلز با مقایس ه در که پذیرف ت کاه ش 102 MPa و 114 MPa و C نمونههای در میدهد. نش ان را %20 بر بالغ اس تحکامی کاهش فرصت شدن س رد نرخ افزایش و ورودی حرارت کاهش دلیل به D کلی اس تحکام رو این از آمده بوجود کمتر دانهها رش د جهت کافی دلیل به حال این با اس ت یافته افزایش B نمونه با مقایسه در ش ان حرارت از متاثر و جزئ ی ذوب مناطق در ش دن س رد میزان اینکه درشت دانهها است پائین خود جوش منطقه به نس بت نمونه دو این اثر در نتیجه در و یافت ه تغییر رس وب توزیع مورفولوژی و ش ده 133 برابر میانگینی استحکامهای در ترتیب به کشش ی نیروی اعمال با مقایس ه در که ش دهاند شکس ت دچار مناطق این از 134 MPa و ترتیب به 145 هست MPa معادل کششی اس تحکام دارای که پایه فلز میدهد. نشان را کاهش % 7/6 و % 8/3 فوق نم ودارنمونههای در که مش ترک رفتار جمله از همچنین 1/5 الی 1 حدود در که است نسبی طول ازدیاد درصد مشاهدهش د )چه اس ت منیزیم آلیاژ پایین پذیری انعطاف از حاکی که ميباش د % آن روی بر جوشکاری که حالتی در چه و شده جوشکاری حالت در آن روی بر چندانی تاثیر ورودی حرارت و باش د( نپذیرفته صورت است. نداشته شكست سطوح بررسي پايه فلز شكست سطوح بررسي عمليات از قب ل را پايه فلز شكس ت محل تصويرSEM 7 ش كل 157 MPa معادل ياي كشش تنش در كه ميدهد نش ان جوشكاري پائين آن نسبي طولي ازدياد درصد آنجائيكه از و است شده شكسته ميباشد پايه فلز در ترد شكس ت وقوع بیانگر اس ت 2% حدود در و تعداد از كه ميباشد مرتبط )hcp( نمونه كريستالي س اختار به اين و ترد شكست رو اين از اس ت برخوردار كمتري لغزش سيس تمهاي متداول فرایندهای در آنجاییک ه از همچنی ن ميدهد. رخ قطع ه در حفرههای قبی ل از ریختهگری عی وب بعضی پیدای ش ریختهگ ری نقطه از و است ناپذیر اجتناب انقباضی حفرههای و )micro ریز) voids در و تسلیم استحکام کاهش داخلی عیوب این وجود بار تحمل نظر شروع نتیجه در دارد دنبال به را پالستیکی شکل تغییر کاهش نهایت سطوحشکست بررسی اس ت. ناپذیر اجتناب مناطق این از شکس ت زمینه] [نشان این در موجود منابع با آن مقایسه و شکل) 7)a این و است داده رخ دندریتها بین محل در ترد شکس ت که میدهد دندریتها بین محل در که ميباش د انقباضی حفرههای از گرفته بر است. آمده بوجود انجماد حین در شده جوشکاری نمونههای شكست سطوح بررسي در دقيقا كه ميباشد B2 نمونه شكست محل SEM تصوير 8 شکل MPa معادل ياي كشش تنش در و شده واقع كشش تست نمونه مركز مشاهده عیوبی نیز آن مقطع در که طوری به است شده شكسته 114 زا اس تفاده با ورودیJ/mm 688 و حرارت با نمونه این میش ود. در نیز آن محلشکست و شده جوش کاری ER AZ92A پركننده فلز داده نشان تصویر در که طور اس ت.همان ش ده واقع جوش منطقه رسید نتیجه این به میتوان دیگر] 7 [ منابع با آن مقایسه در و ش ده نتایج با و شده منطقه این از شکس ت ایجاد باعث متخلخل کهجوش همانطور ميباشد. انطباق در نیز پذیرفته صورت رادیوگرافی آزمون هک ميباشد بزرگ حفرههای شامل شکست مقطع میشود مشاهده که به از ناشی نیز شکست حالت و شده احاطه کوچک حفرههای توسط بوجود کششی نیروی اثر در که بوده کوچک حفرههای پیوس تن هم است. آمده 42

8 مختلف یهای بزرگنمای در پايه فلز شكست مقطع تصاويرSEM شكل 7 : B نمونه شكست مقطع تصويرSEM شكل 8 : در كه ميباش د C2 نمونه شكس ت محل SEM تصوير 9 ش کل منطقه مح دوده در و جوش منطقه از خ ارج در شكس ت محل آن معادل كشش ياي تنش در و ش ده واقع )PMZ( ش ده جزئ ی ذوب حفرههای که میدهد شکل) 9)aنشان اس ت. شده شكسته 131 MPa بین مرز در مجزا بصورت هم و گسترده انقباضی بصورت هم گازی گردیده مشاهده نیز متالوگرافی تصاویر در و ش ده واقع دندریتها آلیاژ به بس ته حفرههایی چنین آمدن بوج ود این بر عالوه اس ت. بطوریکه اس ت. ناپذیر اجتناب ریختهگری روش و اس تفاده مورد منشاء میتواند کششی نیروی اثر در و شده اس تحکام کاهش باعث بررسی جهت همچنین نماید. پیدا اشاعه مناطق آن از ترک و شده ترک در که شد تهیه باالتر بزرگنمایی در تصویری شکس ت علت دقیقتر دید میتوان تصویر در که همانطور است. شده داده نشان )b( ش کل روی بر که ش ود می دیده هم موازات به ترکهایی حفره هر کنار در بنابراین است. شده واقع یباش د م صاف غالبا که س طوح از بعضی نشان و گرفت قرار بررسی مورد EDS آنالیز با مطابق س طوح این به نتیجه در میباشد. β یوتکتیک فاز همان س طوح این که ش د داده با همراه دندریتها بین مرز در β یوتکتی ک فاز وجود میرس د نظر باعث جوشکاری از ناشی حرارتی کرنش اثر در انقباضی ههای حفر است. شده منطقه این در ترک آمدن بوجود آن در ك ه D2 ميباش د نمونه شكس ت محل ش کل 10 تصوير ذوب منطقه محدوده در و ج وش منطقه از خارج در شكس ت محل شده 144 شكسته MPa معادل ياي كشش تنش در و ش ده واقع جزئی 267 ورودیJ/mm حرارت با که ميباش د های نمون D نمونه اس ت. این با است پایین ورودی حرارت که این عالرغم و شده جوش کاری باالتر PMZ و حرارت از متاثر مناطق به نسبت جوش اس تحکام حال شده ) PMZ (واقع شده جزئی ذوب منطقه در روشکست این از اس ت. استفاده دلیل به است شده داده نشان شکل در است.همانطوریکه نمونه با مقایسه در دندریتها بین فاصله پایینتر ورودی حرارت از ریز حفرههای حال این با ول ی اس ت یافته کاهش بمراتب دیگر های نمونه این در اس ت. نمایان دندریتها بین در بخصوص درش ت و از آن در که C نمونه با مش ابه رفتاری موجود عالئم به توجه با نیز اصلی علت و میشود دیده بود شده استفاده متوسط ورودی حرارت و گازی حفرههای همزمان وج ود اثر در نیز نمونه این در شکس ت نمونه با مقایسه در میباشد. دندریتها بین مناطق در β یوتکتیک فاز دندريتها بين فاصله شدن كمتر با که رسید نتیجه این به میتوان C ميآيد. بدست باالتري استحكام گیری نتیجه که AZ91 ریختهگ ری آلیاژ مکانیکی خ واص و س اختار ریز حرارت س ه در GTAW فرایند از اس تفاده با ل ب به لب بص ورت ورودی حرارت 688 ( باالJ/mm) ورودی ح رارت مختلف} ورودی 267 ({ J/mm) پائی ن ورودی ح رارت و 449 ( J/mm) متوس ط قرارگرفت. بررسی مورد بود شده جوشکاری ورودی حرارت افزایش با جوش منطقه در که داد نشان نتایج 1- حالت از β یوتکتیک فاز توزيعرسوب نحوه و شده درشت بندی دانه و شد تبديل دانهاي و پيوس ته غير توزيع به دانهاي مرز و پيوس ته منطقه پهنای این بر عالوه اس ت. پذيرفته نيزكاهش رس وب اندازه نمود. پیدا افزایش 4/6 mm به نیز جزئي)PMZ( ذوب ذوب م رزی خط از گرفتن فاصل ه با نمونهه ا تمام ی در 2- نيمه يوتكتيك به ش بكهاي حالت βاز يوتكتيك رس وب مورفولوژی 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی 43

9 نمونهc شكست محل شکل 9 :تصوير 1393 /پاییز 55 متالورژی مهندسی D2 نمونه شكست محل :تصوير 10 شکل با دیگر سوی از تبديلگردید. كامل ش ده جدا يوتكتيك و ش ده جدا در یافت افزایش جزئی ذوب منطقه Al مقدار ورودی ح رارت کاهش فیبری درصد )با منظم یوتکتیک سمت به یوتکتیک مورفولوژی نتیجه نمود. پیدا تمایل باالتر( منطقه در سختی کاهش بیش ترین ورودی حرارت افزایش با 3- نش ان را کاهش 10/5% پایه فلز ب ه نس بت که داد رخ جزئی ذوب بدلیل نمونهها تمامی جوش مناطق در که است حالی در این میدهد. ای مالحظه قابل سختی کاهش رس وب پراکنده و یکنواخت توزیع نگردید. مشاهده واقع جوش منطقه در ب اال ورودی حرارت در شکس ت محل 4- دهد می نش ان را اس تحکام کاهش 20% پایه فلز به نس بت که گردید رخ جزئی ذوب منطقه در شکست محل پائین ورودی حرارت در ولیکن. یدهد م نشان را استحکام کاهش 7% حدود پایه فلز به نسبت که داد مراجع و منابع 1- K.N.Braszczyn, ska-malika, M.Mroz, 2011, Gas-tungsten arc welding of AZ91 magnesium alloy, Journal of Alloys and Compounds, 509, pp X. Cao, M. Jahazi, J.P. Immarigeon, W. Wallace, 2006, A review of laser welding techniques for magnesium, alloys Journal of Materials Processing Technology, 171, pp Tianping Zhu, Zhan W.Chen, Wei Gao, 2006, Incipient melting in partially melted zone during arc welding of AZ91D magnesium alloy, Materials Science and Engineering A, 416, pp Dong Min, Jun Shen, Shiqiang Lai, Jie Chen, 2009, Effect of heat input on the microstructure and mechanical properties of tungsten inert gas arc buttwelded AZ61 magnesium alloy plates, Material Characterision,60,pp Arne K.Dahle, Young C. Lee, Mark D. Nave, Paul L. Schaffer, David H. StJohn., 2001, Development of the as cast microstructure in magnesiumaluminium alloys, Journal of Light Metals, 1, pp T.P.Zhu, Z.W.Chen, W.Gao, 2007, partial melting and re-solidification in partially melted zone during gas tungsten arc welding of AZ91 cast alloy. Trans. Non ferrous. Met Soc. China, 17, pp W.Zhou, T.Z.Long, C.K.Mark, 2007, Hot cracking in tungsten inert gas welding of magnesium alloy AZ91D,Materials Science and Technology, vol 23, No 11, pp Tianping, Zhu Zhan W. Chen, Wei Gao, 2008, Microstructure formation in partially melted zone during gas tungsten arc welding of AZ91 Mg cast alloy, Material Characterision, 59, pp Kou Sindo, 2002, Welding metallurgy, 2nd ed, A Wiley-Inter science publication 10- L.A. Dobrza nski,. T Ta nski, L.ˇC ıˇzek,. Z Brytan, 2007, Structure and properties of magnesium cast alloys, Journal of Materials Processing Technology, , pp A.Kierzek, J.Adamiec, 2011, Evaluation of susceptibility to hot cracking of magnesium alloy joints in variable stiffness condition Archives of metallurgy and materials, Vol 56, Issue 3, pp A. Munitz, C. Cotler, A. Stern, G. Kohn, 2001, Mechanical properties and microstructure of gas tungsten arc welded magnesium AZ91D plates, Mater Sci Eng A, 302, pp Y.Z Lü, Q.D Wang, W.J Ding, X.Q Zeng, Y.P Zhu, 2000, Fracture behavior of AZ91 magnesium alloy, Materials Letters, Vol 44, Issue 5, pp Choong Do Lee, 2007, Effect of grain size on the tensile properties of magnesium alloy, Materials Science and Engineering A, 459, pp Choong Do Lee a, Kwang Seon Shin, 2007, Effect of micro porosity on the tensile properties of AZ91magnesium alloy, Materials Science and Engineering A, 459, pp