Kriyojenik İşlemin Sürtünme Karıştırma Kaynağı Üzerine Etkilerinin Araştırılması

Abstract

İçeriğindeki elementler ve uygulanan yaşlandırmalar sonrası yüksek mekanik özelliklere sahip7xxx serisi alüminyum alaşımları, düşük özgül ağırlığa ve yüksek özgül mukavemete sahiptirler. Ayrıca uygulanan ısıl işlemler ile mükemmel korozyon dirençlerine sahiptirler. Bu sebeplerden ötürü enerji sarfiyatının çok önemli olduğu otomotiv, havacılık ve uzay sanayisinde sıklıkla tercih edilmektedirler. Ancak erime noktası düşük olan bu alaşımların kaynaklanması oldukça güç olduğundan sürtünme karıştırma kaynağı önemli bir alternatif sunmaktadır. Fakat kaynaklanan noktalardaki mekanik özellikler sürtünme karıştırma kaynağında da diğer yöntemlere kıyasla az da olsa düşmektedir. Sorunun çözümü için bu çalışmada sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilen parçalara -180°C’de derin ve -80°C’de sığ kriyojenik işlem uygulanmıştır. Sürtünme karıştırma kaynağı sonrası gerçekleştirilen kriyojenik işlem kaynak bölgesi sertliği ve mikroyapısında önemli değişikliklere neden olmuştur. Özellikle derin kriyojenik işlem sonrası parçaların birleşme bölgelerinde gözlemlenen sertlik artışı oldukça önemlidir.

Keywords

• Sürtünme karıştırma kaynağı
• Kriyojenik bekletme
• Mikro sertlik
• Mikroyapı
• Yüzey topografyası

Investigation of the Effects of Cryogenic Process on Friction Stir Welding

Abstract

7xxx series aluminum alloys, which have high mechanical properties after the elements in their content and applied aging, have low specific gravity and high specific strength. In addition, they have excellent corrosion resistance with applied heat treatments. For these reasons, they are frequently preferred in the automotive, aviation and space industries where energy consumption is very important. However, since these alloys with low melting points are very difficult to weld, friction stir welding offers an important alternative. However, the mechanical properties of the welded points also decrease slightly in friction stir welding compared to other methods. In order to solve the problem, in this study, the parts joined by friction stir welding were cryogenically treated at -180°C deep and shallow at -80°C. Cryogenic treatment performed after friction stir welding caused significant changes in the hardness and microstructure of the weld zone. The increase in hardness observed in the junction areas of the parts, especially after deep cryogenic processing, is very important.

Keywords

• Friction stir welding
• Cryogenic treatment
• Microhardness
• Microstructure
• Surface topography

References

1. [1] Z. Y. Ma, A. H. Feng, D. L. Chen, and J. Shen, ‘Recent advances in friction stir welding/processing of aluminum alloys: microstructural evolution and mechanical properties’, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., vol. 43, no. 4, pp. 269–333, 2018, doi: 10.1080/10408436.2017.1358145.
2. [2] R. S. Mishra and Z. Y. Ma, ‘Friction stir welding and processing’, Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 50, no. 1–2, pp. 1–78, 2005, doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
3. [3] Y. N. Zhang, X. Cao, S. Larose, and P. Wanjara, ‘Review of tools for friction stir welding and processing’, Can. J. Metall. Mater. Sci., vol. 51, no. 3, pp. 250–261, Jul. 2013, doi: 10.1179/1879139512Y.0000000015.
4. [4] B. Çevik, B. Özçatalbaş, Y. Gülenç, ‘Skk ile birleştirilen 7075-T651 Al alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerine devir sayısının etkisi’, in 3rd International Conference on Welding Technologies and Exhibition, 21-23 May 2014, Manisa Türkiye, pp. 658–668.
5. [5] A. Kurt, M. Boz, and M. Özdemir, ‘Sürtünme karıştırma kaynağında kaynak hızının birleşebilirliğe etkisi’, Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt, vol. 19, no. 2, pp. 191–197, 2004.
6. [6] G. İpekoğlu, Ö. Akçam, and G. Çam, ‘Farklı Kalınlıktaki AA6061-T6 Levhaların Sürtünme Karıştırma Kaynağı için Uygun Kaynak Parametrelerinin Belirlenmesi’, AKU J. Sci. Eng, vol. 18, pp. 324–335, 2018, doi: 10.5578/fmbd.66765.
7. [7] V. P. Singh, S. K. Patel, A. Ranjan, and B. Kuriachen, ‘Recent research progress in solid state friction-stir welding of aluminium–magnesium alloys: A critical review’, J. Mater. Res. Technol., vol. 9, no. 3, pp. 6217–6256, 2020, doi: 10.1016/j.jmrt.2020.01.008.
8. [8] Ç. Bekir, ‘Sürtünme karıştırma kaynak parametrelerinin kalıntı gerilmelere ve birleştirmenin mekanik özelliklerine etkisi’, Ph.D. dissertation, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2014.

9. [9] M. A. Wahid, Z. A. Khan, and A. N. Siddiquee, ‘Review on underwater friction stir welding: A variant of friction stir welding with great potential of improving joint properties’, Trans. Nonferrous Met. Soc. China (English Ed., vol. 28, no. 2, pp. 193–219, Feb. 2018, doi: 10.1016/S1003-6326(18)64653-9.
10. [10] C. Sharma, D. K. Dwivedi, and P. Kumar, ‘Influence of in-process cooling on tensile behaviour of friction stir welded joints of AA7039’, Mater. Sci. Eng. A, vol. 556, pp. 479–487, Oct. 2012, doi: 10.1016/J.MSEA.2012.07.016.
11. [11] N. Altan Özbek, ‘The investigation of the effects of cryogenic treatment applied tocutting tools on tool life in machining AISI 316 austenitic stainless steel’, Ph.D. dissertation, Gazi University, Ankara, Türkiye, 2013.
12. [12] N. A. Özbek, ‘Effects of cryogenic treatment types on the performance of coated tungsten tools in the turning of AISI H11 steel’, J. Mater. Res. Technol., vol. 9, no. 4, pp. 9442–9456, 2020, doi: 10.1016/j.jmrt.2020.03.038.
13. [13] N. A. Özbek, A. Çiçek, M. Gülesİn, and O. Özbek, ‘Application of deep cryogenic treatment to uncoated tungsten carbide inserts in the turning of AISI 304 stainless steel’, Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., vol. 47, no. 12, pp. 6270–6280, Dec. 2016, doi: 10.1007/s11661-016-3767-1.
14. [14] N. A. Özbek, A. Çiçek, M. Gülesin, and O. Özbek, ‘Effect of cutting conditions on wear performance of cryogenically treated tungsten carbide inserts in dry turning of stainless steel’, Tribol. Int., vol. 94, pp. 223–233, 2016, doi: 10.1016/j.triboint.2015.08.024.
15. [15] E. Demir, ‘Investigation of the effects of holding times at cryogenic temperatures on residual stress distribution of AISI D2 tool steel’, M.Sc. dissertation, Yildirim Beyazit University, Ankara, Türkiye, 2014.
16. [16] N. A. Özbek, A. Çiçek, M. Gülesin, and O. Özbek, ‘Investigation of the effects of cryogenic treatment applied at different holding times to cemented carbide inserts on tool wear’, Int. J. Mach. Tools Manuf., vol. 86, 2014, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2014.06.007.
17. [17] O. Özbek, ‘Kriyojenik işlem sonrası temperleme sıcaklığı, bekletme süresi ve soğutma ortamının Al 7050-T7451 alaşımının sertliğine etkilerinin araştırılması’, in International Marmara Sciences Congress, 10-11 Dec 2021, Kocaeli Türkiye, pp. 369–375, 2021, no. Dec, pp. 369–375.
18. [18] E. El, F. Kara, and O. Özbek, ‘Researching the effect of shallow cryogenic treatment on the metallurgical features of sleipner cold work tool steel’, Gazi Mühendislik Bilim. Derg., vol. 7, no. 2, pp. 111–120, 2021, doi: :https://dx.doi.org/10.30855/gmbd.2021.02.04.
19. [19] F. Kara, O. Özbek, N. Altan Özbek, and İ. Uygur, ‘Investigation of the effect of deep cryogenic process on residual stress and residual austenite’, Gazi J. Eng. Sci., vol. 7, no. 2, pp. 3–11, 2021, doi: 10.30855/gmbd.2021.02.07.
20. [20] F. Kara, ‘AISI 52100 çeliğinin yorulma ömrü ve taşlanabilirliğine kriyojenik işlem parametrelerinin etkilerinin araştırılması’, Karabük Üniversitesi, Ph.D. dissertation, Karabük, Türkiye, 2014.
21. [21] M. Araghchi, H. Mansouri, R. Vafaei, and Y. Guo, ‘A novel cryogenic treatment for reduction of residual stresses in 2024 aluminum alloy’, Mater. Sci. Eng. A, vol. 689, no. January, pp. 48–52, 2017, doi: 10.1016/j.msea.2017.01.095.
22. [22] M. K. Chaanthini, M. Govindaraju, and S. Arul, ‘Effect of cryogenic treatment on mechanical properties of aluminium alloy AA2014’, J. Inst. Eng. Ser. D, vol. 101, no. 2, pp. 265–270, 2020, doi: 10.1007/s40033-020-00237-y.
23. [23] V. Neelamegam, B. Govindasamy Bhavani, M. Muthukrishnan, and S. R. Tadivaka, ‘Investigation on corrosion behavior of cryogenically treated friction stir welded aa5083’, Mechanika, vol. 26, no. 5, pp. 442–449, 2020, doi: 10.5755/j01.mech.26.5.23571.
24. [24] A. Bansal et al., ‘Influence of cryogenic treatment on mechanical performance of friction stir Al-Zn-Cu alloy weldments’, J. Manuf. Process., vol. 56, no. March, pp. 43–53, 2020, doi: 10.1016/j.jmapro.2020.04.067.
25. [25] F. Sarsılmaz, ‘Sürtünme karıştırma kaynak yöntemi ile birleştirilmiş AA7075/AA6061 kaynaklı bağlantıların mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması’, Fırat Üniversitesi, Ph.D. dissertation, Elazığ, Türkiye, 2009.
26. [26] Y. Morisada, T. Imaizumi, and H. Fujii, ‘Determination of strain rate in friction stir welding by three-dimensional visualization of material flow using X-ray radiography’, Scr. Mater., vol. 106, pp. 57–60, Sep. 2015, doi: 10.1016/J.SCRIPTAMAT.2015.05.006.
27. [27] B. Çevik, B. Özçatalbaş, Y. Gülenç, ‘Effect of welding speed on the mechanical properties and weld defects of 7075 Al alloy joined by FSW’, Kov. Mater., vol. 56, 2016, doi: 10.4149/km_2016_3_241.