بهینه‌سازی پارامترهای فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP)، برای بهبود سختی و مقاومت به سایش Al-2024 توسط روش سطح پاسخ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، دانشکده مهندسی، اسفراین، خراسان شمالی، ایران

2 مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای مختلف فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) بر سختی و مقاومت به سایش Al-2024، مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با استفاده از روش سطح پاسخ، برای سه پارامتر تاثیرگذار فرایند FSPکه شامل سرعت چرخش پین، سرعت پیشروی پین و زاویه پین می‌باشند، پنج سطح در نظر گرفته شد. پاسخ‌های حداکثر سختی و حداقل نرخ سایش به عنوان عامل بهینه کننده انتخاب گردید. به منظور ارزیابی سختی نمونه‌های FSP شده از آزمون ریزسختی سنج ویکرز تحت استاندارد ASTM-E384 و برای ارزیابی رفتار سایشی نمونه‌ها از آزمون سایش پین روی دیسک تحت استاندارد ASTM-G99 در بار 500 گرم و مسافتm1000 استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر فرایند FSP بر ریزساختار از میکروسکوپ نوری استفاده شد. نتایج نشان داد که سرعت چرخش پین و سرعت پیشروی پین، هم به صورت مستقیم روی متوسط سختی تاثیر گذار می باشند و هم با توان دوم خود. همچنین مشخص است که این دو عامل روی یکدیگر نیز تاثیر گذار می باشند و می‌توان این دو عامل را به صورت مستقل بررسی نمود. عامل زوایه حمله پین تقریبا هیچ تاثیری روی متوسط سختی نداشته همچنین این عامل با هیچ کدام از دو عامل دیگر نیز در تقابل نمی‌باشد. پس از انجام فرایند بهینه سازی، سرعت پیشروی پین، سرعت چرخش پین و زاویه بهینه به ترتیب برای اصلاح سطحی آلیاژ آلومینیم Al-2024، mm/min 28، rpm1274 و 2.5 درجه بدست آمد. مقدار سختی و میزان کاهش وزن در آزمون سایش برای نمونه FSP شده با پارامترهای بهینه به ترتیب برابر 154 ویکرز و mg9.3 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


1. H. Bakes, D. Benjamin, C.W. Kirkpatrick (Eds.), Metals Handbook, vol. 2, ASM,MetalsPark, OH, (1979)3–23.

2.Y.Wan, Q.J. Xue,Effect of phosphorus-containing additives on the wear of aluminum in the lubricated aluminum-on-steel contact, Tribol. Lett. 2 (1996) 37–45.

3. M. Kok, K. Ozdin, Wear resistance of aluminium alloy and itscomposites reinforced by Al2O3 particles, Journal of Materials Processing Technology 183 (2007) 301–309.

4. G. Ricciardi, M. Cantello, G. Mollino, W. Varani, E. Garlet,Proceedings of 2ndInternational Seminar on Surface Engineeringwith High Energy Beam, Science and Technology, CEMUL-IST, Lisbon, Portugal, (1989)415-423.

5. T.W. Clyne, P.J. Withers,AnIntroductiontoMetalMatrixComposites, Cambridge University Press, Cambridge, (1993).

6. E. Rabinowicz, Friction and Wear of Materials, John Wiley and Sons, New York, (1965).

7. D. Pantelis, A. Tissandier, P. Manolatos, P. Ponthiaux,Formation of wear resistant Al–SiC surface composite by laser melt–particle injection process, Mater. Sci. Technol. 11 (1995) 299.

8. Anne Jung, AnjaBuchwalder, EugenHegelmann, Philipp Hengst, Rolf Zenker, Surfaceengineering of spray-formed aluminium-silicon alloys by plasma nitriding and subsequent electron beamremelting, Surface and Coatings Technology, 335 (2018)166-172

9.Shengfeng Zhou, YongboXu, Bangquan Liao, Yajuan Sun, Xiaoqin Dai, Jiaoxi Yang, Zhengyang Li, Effect of laser remelting on microstructure and properties of WC reinforced Fe-based amorphous composite coatings by laser cladding, Optics & Laser Technology, 103 (2018) 8-16.

10.Zhaoyue Dong, Da Li, Youhong Sun, Ming Qian, Effects of laser remelting on CNT’s behavior, microstructure and hardness of CNT-doped Fe-base composite, Surface and Coatings Technology, 335 (2018) 140-147.

11. Giovanni Bolelli, Marcello Bursi, Luca Lusvarghi, TizianoManfredini, Ville Matikainen, RinaldoRigon, Paolo Sassatelli, Petri Vuoristo, Tribology of FeVCrC coatings deposited by HVOF and HVAFthermalsprayprocesses, Wear, 394–395 (2018) 113-133.

12. Robert J.K. Wood, Stephen Herd, Mandar R. Thakare, A critical review of the tribocorrosionof cemented and thermal sprayed tungsten carbide, Tribology International, 119(2018) 491-509.

13. Giovanni. Bolelli,Marcello. Bursi,Luca, Lusvarghi,Tiziano. Manfredini, Tribology of FeVCrC coatings deposited by HVOF and HVAF thermal spray processes,Wear, 394–395(2018) 113-133.

14.Yuping Wu, Sheng Hong, Jianfeng Zhang, ZhihuaHe,Microstructure and cavitation erosion behavior of WC–Co–Cr coating on 1Cr18Ni9Ti stainless steel by HVOFthermal spraying, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 32(2012) 21-26.

15. K. Colligan, Material Flow Behavior during Friction StirWelding of Aluminum, Weld. J. 78 (1999) 229–234.

16. R.S. Mishra, M.W. Mahoney, Friction Stir Processing: A New Grain Refinement Techniqueto Achieve High Strain Rate Superplasticity in Commercial Alloys, Materials Science Forum357-359(2001), 507-514.

17. Seidel T.U., Reynolds A.P., Visualization of the material flow in AA2195 friction stir weldsusing a marker insert technique, Metall Mater Trans A, 32(2001) 2879–2887.

18. Mishra R.S., Ma Z.Y., Friction stir welding and processing, Mater SciEng R 50(2005) 1–78.

19. H.G. Rana, V. J. Badhek, A. Kumar, Fabrication of Al7075 / B4C surface composite by novelFriction Stir Processing (FSP) and investigation on wearproperties, Procedia Technology 23 ( 2016 ) 519 – 528.

20. W. B. Lee, Mechanical properties related to microstructural variationof 6061 Al alloy joints by friction stir welding,MaterialTransactions, 2004, 45(5): 1700-1705.

21. K. Elangovan, V. Balasubramanian, Influences of pinprofile and rotational speed of the tool on the formation of frictionstir processing zone in AA2219 aluminum alloy, Journal ofMaterials Science Engineering A, (2007)459: 7-18.

22. K. Elangovan, V. Balasubramanian, Effect of tool pinprofile and axial force on the formation of friction stirprocessingzone in AA6061 aluminum alloy, International Journal ofAdvancedManufacturing Technology,38 (2008) 285–295.

23. A. K. Lakshminarayanan, V. Balasubramanian, Process parameters optimization for friction stir welding of RDE-40 aluminium alloy using Taguchi technique, Transactions of Nonferrous Metals Society of China,18(2008)548-554.

24. M. Salehi, M. Saadatmand, J. AghazadehMohandesi, Optimization of process parameters for producing AA6061/SiCnanocomposites by friction stir processing, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 1055-1063.

25.A. K. Lakshminarayanan, V. Balasubramanian, Comparison of RSM with ANN in predicting tensile strength of, friction stir welded AA7039 aluminium alloy joints, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 19(2009) 9-18.

26. Dean, A., Voss, D., &Dragulji, D, .Response surface methodology.In Design and analysis of experiments, Springer International Publishing,(2017)565-614.

27.Bezerra, M. A., Santelli, R. E., Oliveira, E. P., Villar, L. S., &Escaleira, L. A., Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry, Talanta, 76(5)(2008)965-977.

28.Bhutta KS, Huq F. Supplier selection problem: a comparison of the total cost of ownership and analytical hierarchy process. Supply ChainManagement 7(3–4)(2002)126–35.

29.Candioti, L. V., De Zan, M. M., Cámara, M. S., &Goicoechea, H. C. Experimental design and multiple response optimization. Using the desirability function in analytical methods development, Talanta, 124(2014) 123-138.

30. M. Barmouz, P. AsadiM.K. BesharatiGivi, M. Taherishargh, Investigation of mechanical properties of Cu/SiC composite fabricated by FSP:Effect of SiCparticles’size and volume fraction, Materials Science and Engineering A 528 (2011) 1740–1749.

31.RanjitBauri, DevinderYadav, Metal Matrix Composites by Friction Stir Processing, Chapter 3–Processing Metal Matrix Composite (MMC) by FSP(2018)31–55.