Study of Friction Stir Processing (FSP) for the production of surface alloying

115 σ.
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών"
Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε μελέτη επιφανειακής κραμάτωσης μέσω κατεργασίας τριβής με ανάδευση (Friction Stir Processing). Οι επικαλύψεις έγιναν σε πλάκες αλουμινίου σειράς 7xxx και συγκεκριμένα το Al7075 – Τ651, με διαστάσεις 200mm x 200mm x 6mm, ενώ ως υλικό προσθήκης χρησιμοποιήθηκαν σκόνες καρβιδίων του βολφραμίου (WC), του πυριτίου (SiC) καθώς και αλούμινα (Al2O3). Σε πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας, πραγματοποιήθηκαν προκαταρτικές δοκιμές με διάφορους συνδυασμούς ταχυτήτων χωρίς κεφαλή αλλά και με κωνική κεφαλή, σε πλάκα αλουμινίου, χωρίς την προσθήκη υλικών ενίσχυσης, προκειμένου να βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες της διαδικασίας. Ακολούθησαν δοκιμές σε πλάκες στις οποίες είχαν προδημιουργηθεί εγκοπές τύπου “V” , με γωνία 45ο, ενώ εξετάστηκε και η επίδραση του βάθους αυτών (5mm, 3mm, 1mm και 0,5mm) και της μεταξύ τους απόσταση με χρήση κόνεων WC, SiC και Al2O3. Προκειμένου να επιτευχθεί η καλύτερη κατανομή (διασπορά) της σκόνης στη ζώνη ανάδευσης, εξετάστηκε η επίδραση της απόστασης της κεφαλής ανάμεσα σε δυο εγκοπές, η μεταξύ τους απόσταση καθώς και η επίδραση των διπλών περασμάτων της κεφαλής τόσο στην κατανομή της σκόνης στη ζώνη ανάδευσης, όσο και στο τελικό μέγεθος της κοκκομετρίας των κεραμικών σωματιδίων. Τα δοκίμια μελετήθηκαν με τη χρήση οπτικής και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, προκειμένου να εξεταστεί η κατανομή της σκόνης στη ζώνη ανάδευσης καθώς επίσης και το τελικό μέγεθος της κοκκομετρίας των καρβιδίων. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν μικρο – σκληρομετρήσεις σε εγκάρσιες τομές όσο και κατά το πλάτος των κατεργασμένων δοκιμίων για την εξακρίβωση της αύξησης της σκληρότητας, στην περίπτωση του ενισχυμένου υλικού με πρόσθετο υλικό. Το βέλτιστο ποιοτικό αποτέλεσμα προέκυψε στην περίπτωση όπου πραγματοποιήθηκαν δυο περάσματα ομόρροπα σε πλάκα όπου είχαν προδημιουργηθεί δυο εγκοπές τύπου “V” βάθους 0,5mm σε απόσταση 3mm μεταξύ τους, το υλικό ενίσχυσης ήταν Al2O3 και σαν εργαλείο χρησιμοποιήθηκε κεφαλή επίπεδου περιαυχενίου, φέρουσα κωνικό πείρο, με ταχύτητες 47,5mm/min – 600rpm.
Friction Stir Welding (FSW) is a relatively new solid – state welding process for joining aluminum and other metallic alloys. It was invented and patented in the Welding Institute (TWI), in 1991. Aluminum alloys are very promising for structural applications in aerospace, rail, automotive and marine industries, due to their light weight and resistance to corrosion. However, the mechanical properties, such us poor wear resistance, are not sufficient to enhance their applications. In comparison with the unreinforced aluminum alloys, aluminum matrix composites reinforced with ceramic particles exhibit higher strength and stiffness, improved tribological characteristics, and increased resistance to creep and fatigue. Recently, a novel technique for grain refinement and fabrication of surface composite, called Friction Stir Processing (FSP) was developed, having its basic principles of friction stir welding (FSW). Research so far has revealed that FSP is a very promising technique for alloying and comprises as an effective tool for enhancing metal properties. Friction Stir Processing (FSP) is a very promising technique for surface alloying and constitutes an effective tool of enhancing metal properties. In the present work, an attempt for fabrication of AA7075/Al2O3 surface composite materials using friction stir processing was made. For the fabrication of the composite materials one and two V shape notches were made on the AA7075 plates for the insertion of the Al2O3, WC and SiC powder and their effect on the formation of the processed material was studied. Moreover, multi-pass FSP of the same and opposite direction was applied and the results were estimated regarding the distribution of Al2O3 particles.
Παναγιώτα Ι. Σαράφογλου