ALÜMİNYUM MAGNEZYUM ALAŞIMLARININ SÜRTÜNME KARIŞTIRMA KAYNAĞI İLE KAYNAK EDİLEBİLİRLİĞİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Musa Bilgin, Şener Karabulut, Ahmet Özdemir
694 145

Öz


Al ve Mg alaşımlarının ortak kullanıldığı yapılarının geliştirilmesi güvenlikten ödün vermeden ortaya çıkacak hafif yapılar sayesinde enerji korunumu, küresel kaynakların korunması ve emisyonun azaltılması sağlanacaktır. Fakat her iki metalin klasik ergitme kaynak yöntemleri ile birleştirilmelerinin zor olması ve özel işlem gerektirmeleri Al ve Mg alaşımlarının ortak yapılarda kullanımlarını sınırlandırmıştır. Bu çalışmada SKK  (Sürtünme Karıştırma Kaynak) yöntemi kullanılarak Al/Mg alaşımlarının birleştirilmesiyle ilgili yapılan çalışmalar değerlendirilerek SKK yönteminin de kullanılan değişkenlerin; kaynak kalitesi, mikro yapı ve mekanik özellikler üzerine etkileri incelenmiştir. Al/Mg alaşımlarının SKK yöntemi ile birleştirilmesinde kaynak kalitesini etkileyen en önemli unsur ısı girdisidir. Isı girdisinin fazla olmasıyla birleşme bölgesinin dayanımını olumsuz etkileyen gevrek yapıdaki Al3Mg2 (β) ve Al12Mg17 (γ) intermetalik bileşikler oluşmaktadır, ayrıca yüzey yırtılması ve katılaşma çatlaması meydana gelmektedir. Isı girdisinin düşük olması ise yetersiz karıştırma ve kaynak bölgesinde oluşan boşluklardan dolayı birleştirme bölgesinin dayanımı azalmaktadır. Isı girdisi kaynak adımını belirleyen devir sayısı ile doğru orantılı, ilerleme hızı ile ters orantılıdır. Birleştirme kalitesini belirleyen diğer parametreler; takım dizaynı, eğim açısı, eksenel dalma kuvveti, takım kaydırma mesafesi ve malzemelerin pozisyonlarıdır.  Al/Mg alaşımların SKK yöntemi ile kaynak edilmesinde birleştirme parametrelerin doğru seçimiyle birleştirme bölgesinin çekme dayanımı ana metal Al ile kıyaslandığında Al alaşımın % 60 üstünde oluşabilmektedir.


Anahtar kelimeler


Alüminyum alaşımı, Magnezyum alaşımı, Sürtünme karıştırma kaynağı

Tam metin:

PDF

Referanslar


Mehta K. P. and Badheka V. J., “Effects of tilt angle on the properties of dissimilar friction stir welding copper to aluminum”, Materials and Manufacturing Processes, 31: 255–263, 2016

Mehta K. P. and Badheka V. J., “A review on dissimilar friction stir welding of copper to aluminum: process, properties and variants”, Materials and Manufacturing Processes, 31: 233–254, 2016

Thomas W., Nicholas E., Needham J., Murch M., Temple-Smith P. and Dawes C., “Friction stir butt welding”, International Patent No. PCT/GB92/02203, GB Patent No. 9125978.8, 1991, U.S. Patent No. 5,460,317, 1995

Mishra R.S. and Ma Z.Y. “Friction stir welding and processing”, Material Science and Engineering R, 50: 1–78, 2005

Nandan R., Debroy T., Bhadeshia B., “Recent advances in friction stir welding-- process, weldment structure and properties”, Prog. Mater. Sci., 53 (6):980–1023, 2008

Chen Y.C. and Nakata K., “Effect of the surface state of steel on the microstructureand mechanical properties of dissimilar metal lap joints of aluminum and steelby friction stir welding”, Metall. Mater. Trans. A, 39(8): 1985–1992, 2008

Springer H., Kostka A., dos Santos J. F. and Raabe D., “Influence of intermetallic phases and Kirkendall-porosity on the mechanical properties of joints between steel and aluminium alloys”, Mater Sci Eng A, 528(13):4630–4642, 2011

Watanabe T., Takayama H. and Yanagisawa A. “Joining of aluminum alloy to steel by friction stir welding”, J Mater Process Technol, 178(1):342–349, 2006

Chen Y.C. and Nakata, K., “Effect of surface states of steel on microstructure andmechanical properties of lap joints of magnesium alloy and steel by frictionstir welding”, Sci. Technol. Weld. Joining, 15 (4): 293–298, 2010

Galvao I., Verdera D., Gesto D., Loureiro A. and Rodrigues, D.M., “Influence of aluminium alloy type on dissimilar friction stir lap welding of aluminium to copper”, J. Mater. Process. Technol, 213 (11): 1920–1928, 2013

Liao J. S., Yamamoto N., Liu H. and Nakata K., “Microstructure at friction stir lapjoint interface of pure titanium and steel” Mater. Lett., 64 (21): 2317–2320, 2010

Kostka A., Coelho R. S., Dos Santos J. and Pyzalla A. R., “Microstructure of friction stir welding of aluminium alloy to magnesium alloy”, Scr Mater, 60(11): 953–956, 2009

Venkateswaran P, Xu Z. H., Li X. and Reynolds A. P. “Determination of mechanical properties of Al–Mg alloys dissimilar friction stir welded interface by indentation methods”, J Mater Sci, 44(15):4140–4147, 2009

Yutaka S. S., Park S. H. C., Masato M. and Hiroyuki K., “Constitutional liquation during dissimilar friction stir welding of Al and Mg alloys”, Scripta Mater, 50(9):1233–1236, 2004

Kurt, A., Boz, M. and Özdemir, M. “Sürtünme Karıştırma Kaynağında Kaynak Hızının Birleşebilirliğe Etkisi”, Gazi Üniv., Müh. Mim. Fak. Derg., 19 (2): 191-197, 2004

Zhang Y. N., Cao X., Larose S. and Wanjara P., “Review of tools for friction stir welding and processing”, Can. Metall. Q., 51 (3):250–261, 2012

Salih O. S., Ou H., Sun W. and McCartney D.G.,”A review of friction stir welding of aluminium matrix composites”, Materials and Design, 86:61–71, 2015

Külekçi, M. K. and Şık, A. “Sürtünme karıştırma kaynağı ile alüminyum alaşımı levhaların birleştirilmesi ve elde edilen kaynaklı bağlantıların özellikleri”, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(3): 70–75, 2003

Külekçi, M. and Şık, A. “Effects of tool rotation and traverse speed on fatigue properties of friction stir welded AA1050-H18 aluminum alloy”, Archives of Metallurgy and Materials, 51 (2): 213–216, 2006

Cam, G. “Sürtünme karıştırma kaynağında kullanılan takımlardaki gelişmeler”, TMMOB M.M.O. “Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongre ve Sergisi”. 47-62, 2003.

Kurt, A., Boz, M. “The influence of stirrer geometry on bonding and mechanical properties in friction stir welding process”, Materials & Design, 25(4):343-347, 2004

Kurt, A., Boz, M., Özdemir, N. “Sürtünme Karıştırma Kaynağında Kaynak Hızının Birleşebilirliğe Etkisi”, G.Ü. Müh. Mim. Fak. Derg., 19(2):191-197, 2004

Kaluç, E. ve Bozduman, B. “Sürtünen eleman ile birleştirme kaynak yöntemi”, Makine Magazin, Sayı: 27, 1998

Xu S., “Microstructure analysis and solid mechanics modeling of friction stir welding”, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering College of Engineering & Information Technology, University of South Carolina, 2003

Uzun H., Yılmaz R. ve Fındık F, “Alüminyum Alaşımları için Süper Birleştirme Yöntemi: Sürtünme Karıştırma Kaynak Tekniği ve Uygulamaları”, Metal Dünyası, 118: 75-82, 2003

Rai R., De A., Bhadeshia H.K.D.H. and DebRoy T., “Review: Friction stir welding tools”, Science and Technology of Welding and Joining, 16 (4): 325–342, (2011)

Azizieh M., Alavijeh A. S., Abbasi M., Balak Z. and Kim H.S., “Mechanical properties and microstructural evaluation of AA1100 to AZ31 dissimilar friction stir welds”, Materials Chemistry and Physics, 170:251-260, 2016

Feng J. C., Wang Y. R. and Zhang Z. D., “Status and expectation of research on welding of magnesium alloy”, The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 15(2): 165−178, 2005

Cao X., Jahazı M., Immarigeon J. P. and Wallace W., “A review of laser welding techniques for magnesium alloys”, Journal of Mater Process Technol, 171(2): 188−204, 2006

Hui L., Ming Q. and Da L., “The effect of intermetallic compounds on laser weldability of dissimilar metal joint between magnesium alloy AZ31B and aluminum alloy 6061”, Laser Journal, 28(5): 61−63, 2007

Wang J., Feng J. C. and Wang Y. X., “Microstructure of Al–Mg dissimilar weld made by cold metal transfer MIG welding”, Mater Sci Technol, 24(7): 827−831, 2008

Kwon Y. J., Shıgematsu I. and Saıto N., “Dissimilar friction stir welding between magnesium and aluminum alloys”, Mater Lett, 62: 3827−3829, 2008

Zeng R., Ke W., Xu Y., Han E. and Zhu Z., “Recent development and application of magnesium alloys”, Acta Metallurgica Sinica, 37(7): 673−685, 2001

Larsson J. K., “Overview of joining technologies in the automotive industry”, Welding Res Abroad, 49(6): 29−45, 2003

Chowdhury S. H., Chen D.L., Bhole S.D., Cao X. and Wanjara P., “Lap shear strength and fatigue behavior of friction stir spot welded dissimilar magnesium-to-aluminum joints with adhesive”, Materials Science & Engineering A, 562:53–60, 2013

Yan J., Xu Z., Li Z., Li L. and Yang S., “Microstructure characteristics and performance of dissimilar welds between magnesium alloy and aluminum formed by friction stirring” Scripta Materialia, 53:585–589, 2005

Mohammadi J., Behnamian Y., Mostafaei A., Izadi H., Saeid T., Kokabi A.H. and Gerlich A.P., “Friction stir welding joint of dissimilar materials between AZ31B magnesium and 6061 aluminum alloys: Microstructure studies and mechanical characterizations” Materials Characterization, 101:189–207, 2015

Sweeder T., “Demand for Lightweight Technology”, Magnesium Expo, Michigan-USA, 2000

Fu B., Qin G., Li F., Meng X., Zhang J. and Wu C., “Friction stir welding process of dissimilar metals of 6061-T6aluminum alloy to AZ31B magnesium alloy”, Journal of Materials Processing Technology, 218:38–47, 2015

Venkateswaran P. and Reynolds AP., “Factors affecting the properties of friction stir welds between aluminum and magnesium alloys”, Mater Sci. Eng. A, 545:26–37, 2012

Liu P., Li Y. J., Geng H. R. and Wang J.,”Microstructure characteristics in TIG welded joint of Mg/Al dissimilar materials”, Mater Lett, 61:1288–91, 2007

Borrisutthekul R., Miyashita Y. and Mutoh Y., “Dissimilar material laser welding between magnesium alloy AZ31B and aluminium alloy A5052-O”, Sci Technol Adv Mater, 6:199–204, 2005

Liu L. M., Wang H. Y. and Zhang Z. D., “The analysis of laser weld bonding of Al alloy to Mg alloy”, Scripta Mater, 56:473–478, 2007

Zhao Y., Lu Z., Yan K. and Huang L., “Microstructural characterizations and mechanical properties in underwater friction stir welding of aluminum and magnesium dissimilar alloys”, Materials and Design, 65:675–681, 2015

Ben-Artzy A., Munitz A., Kohn G., Brining B. and Shtechman A. “Joining of light hybrid constructions made of magnesium and aluminum alloys”, Magnesium Technology, 295-302, 2002

American Society for Metals. Binary Alloy Phase Diagrams 1: 106, ASM International, Materials Park, Ohio, 1986.

Wang J., Li Y. J., Liu P. and Geng H. R., “Microstructure and XRD analysis in the interface zone of Mg-Al diffusion bonding”, J. Mater. Process. Technol, 205:146–150, 2008

Hajjari E., Divandari M., Razavi S. H., Emami, S.M., Homma T. and Kamado S. “Dissimilar joining of Al Mg light metals by compound casting process”, J. Mater. Sci., 46:6491–6499, 2011

Kafalı H. and Ay N., “Havacılıkta kullanılan 6013-T6 alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma kaynağıyla birleştirilmesi”, S.D.Ü. Fen Bil. Ens. Dergisi, 18(1): 38-47, 2014

Kafalı H. and Ay N., “Sürtünme karıştırma kaynağıyla birleştirilmiş havacılık ve uzay yapılarında kullanılan al 6013-T6 alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi”, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 7(2):85-101, 2014

Nandan, R., Roy, G. G., and DebRoy, T. “Numerical simulation of three-dimensional heat transfer and plastic flow during frictionstir welding”, Metallurgical and Materials Transactions A, 37A: 1247–1259, (2006)

Cho, J. H., Boyce, D. E., and Dawson, P. R. “Modeling strain hardening and texture evolution in friction stir welding of stainlesssteel”, Materials Science and Engineering A, 398: 146–163, 2005

Cho, J. H., Boyce, D. E., and Dawson, P. R. “Modelling strain hardening during friction stir welding of stainless steel”, Model. Sim. in Mat. Sci. and Eng., 15: 469–486, 2007

Nandan R, Lienert TJ, DebRoy T. “Toward reliable calculations of heat and plastic flow during friction stir welding of Ti– 6Al–4V alloy”, Int J Mater Res, 99:434–44, 2008

Fırouzdor V. and Kou S., “Al-to-Mg friction stir welding: effect of positions of Al and Mg with respect to the welding tool”, The Welding Journal, 88:213-224, 2009

Cao X. and Jahazi M., “Friction Stir Welding of Dissimilar AA 2024-T3 to AZ31B-H24 Alloys”, Materials Science Forum, 638-642:3661-3666,(2010)

Çevik, B., Özçatalbaş, Y., Gülenç, B.“SKK İle Birleştirilen 7075-T651 Al Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Devir Sayısının Etkisi”, 3. Int. Conference on Welding Technologies and Exhibition (ICWET’14), 658-668, May 2014, Manisa.

Çevik, B., Özçatalbaş, Y., Gülenç, B.“Friction Stir Welding of 7075-T651 Aluminium Alloy” Practical Metallography, 53 (1): 6-23, (2016).

Çevik, B., Özçatalbaş, Y., Gülenç, B.“ Effect of tool material on microstructure and mechanical properties of friction stir welding” ,Materials Testing, 58(1), 36-42, 2016

Çevik, B., Özçatalbaş, Y., Gülenç, B. “Effect of welding speed on the mechanical properties and weld defects of 7075 Al alloy joined by FSW”, Kovove Mater., 54 (4) 241–247, 2016

Morishige T., Kawaguchi A., Tsujikawa M., Hino M., Hirata T. and Higashi K., “Dissimilar Welding of Al and Mg Alloys by FSW”, Materials Transactions, 49(5):1129-1131, 2008

Pourahmad P. and Abbası M., “Materials flow and phase transformation in friction stir welding of Al 6013/Mg”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 23:1253−1261, 2013

Yamamoto N., Liao J., Watanabe S. and Nakata K., “Effect of ıntermetallic compound layer on tensile strength of dissimilar friction-stir weld of a high strength mg alloy and al alloy” Materials Transactions, 50(12):2833-2838, (2009)

Jagadeesha C.B., “Dissimilar friction stir welding between aluminum alloy and magnesium alloy at a low rotational speed”, Materials Science & Engineering A, 616:(55–62), 2014

Liua C., Chena D. L., Bholea S., Caob X. and Jahazib M.,” Polishing-assisted galvanic corrosion in the dissimilar friction stir welded joint of AZ31 magnesium alloy to 2024 aluminum alloy”, C. Materıals Characterızatıon, 60: 370 – 376, 2009

Malarvizhi S. and Balasubramanian V., “Influences of tool shoulder diameter to plate thickness ratio (D/T) on stir zone formation and tensile properties of friction stir welded dissimilar joints of AA6061 aluminum–AZ31B magnesium alloys”, Materials and Design, 40:453–460, 2012

Somasekharan A. C. and Murr L. E., “Characterization of complex, solid-state flow and mixing in the friction-stir welding (FSW) of aluminum alloy 6061-T6 to magnesium alloy AZ91D using color metallography”, J Mater Sci, 41:5365–5370, 2006

Masoudıan A., Tahaeı A., Shakıba A., Sharıfıanjazı F. and Mohandesı J. A., “Microstructure and mechanical properties of friction stir weld of dissimilar AZ31-O magnesium alloy to 6061-T6 aluminum alloy” Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 24:1317−1322, 2014

Somasekharan A.C. and Murr L.E. “Microstructures in friction-stir welded dissimilar magnesium alloys and magnesium alloys to 6061-T6 aluminum alloy”, Materials Characterization, 52: 49– 64, 2004

Somasekharan A.C. and Murr L.E., “Fundamental studıes of the frıctıon-stır weldıng of magnesıum alloys to 6061-t6 alumınumanand”, Magnesium Technology, 31-36, 2004

Simoncini M. and Forcellese A., “Effect of the welding parameters and tool configuration on micro- and macro-mechanical properties of similar and dissimilar FSWed joints in AA5754 and AZ31 thin sheets”, Materials and Design, 41:50–60, 2012

Fırouzdor V. and Kou S., “Al-to-Mg friction stir welding: effect of material position, travel speed and rotation speed”, Metallurgıcal and Materıals Transactıons A, 41A: 2914-2935, 2010

Zettler R., Augusto A., da Silva M., Rodrigues S., Blanco A. and dos Santos J. F., “Dissimilar Al to Mg alloy friction stir welds”, Advanced Engineering Materials, 8(5): 415-421, 2006

Morishige T., Hirata T., and Tanaka T.: Preprints of The National Meeting of J.W.S, 85, 220–221, 2009

Pepe, J. J., and Savage, W. F. “Effects of constitutional liquation in 18-Ni maraging steel weldment”, Welding Journal, 46(9): 411-422, 1967

Pepe, J. J., and Savage, W. F. “Weld heat-affected zone of the 18Ni maraging steels”, Welding Journal, 49(12): 545-553, 1970

Kou, S. “Welding Metallurgy”, 2nd edition, John Wiley and Sons, 303–339, (2003), New York, N.Y.

Yang, Y. K., Dong, H., Cao, H., Chang, Y. A., and Kou, S. “Liquation of Mg alloys in friction-stir spot welding”, Welding Journal, 87: 167-177, 2008

Yang Y. K., Dong H. and Kou S., “Liquation tendency and liquid-film formation in friction stir spot welding”, Welding Journal, 87 (8): 202-211, 2008

Çakır, C., “Modern talaşlı imalatın esasları”, Nobel Yay Dağ.,69-75, 2006, Ankara

Bergmann J. P., Schuerer R. and Ritter K., “Friction stir welding of tailored blanks of aluminum and magnesium alloys”, Key Engineering Materials ,549:492-499, 2013

Seidel T.U. and Reynolds A.P.,“Visualization of the material flow in AA2195 friction-stir welds using a marker insert technique” Metallurgical and materials transactions A, 32(11): 2879-2884, 2001

Khodir S. A. and Shibayanagi T., “Dissimilar friction stir welded joints between 2024-T3 aluminum alloy and AZ31 magnesium alloy”, Materials Transactions, 48(9): 2501 – 2505, 2007

Fırouzdor V. and Kou S., “formation of liquid and intermetallics in Al-to-Mg friction stir welding”, Metallurgical And Materials Transactions A, 41A: 3238-3251, 2010

Klag O., Wagner G. and Otmar D. E., “Mechanical properties of friction stir welded Mg/Mg- and Mg/Al-joints”, Advanced Engineering Materials, 12 (12):1212-1219, 2010

Cao G. and Kou S., “Liquation cracking in full penetration Al-Si welds” Welding Journal, 84(4): 63-71, 2005

Park S.H.C., Sato Y.S., Kokawa H., “Microstructural evolution and its effect on Hall-Petch relationship in friction stir welding of thixomolded Mg alloy AZ91”, Mater Sci., 38: 4379-4383, 2003

Yan Y., Zhang D., Qiu C. and Zhang W., “Dissimilar friction stir welding between 5052 aluminum alloy and AZ31 magnesium alloy”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 20: 619−623, 2010




e-ISSN:2147-9526