شبیه‌سازی المان محدود و صحت‌سنجی تجربی رفتار نرم‌شوندگی منطقه متأثر از حرارت آلیاژ آلومینیوم 7075 در جوش الکترود تنگستن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

خواص منحصربه‌فرد آلیاژهای سری 7000 آلومینیوم  نظیر استحکام بالا، چگالی کم، شکل‌پذیری خوب و مقاومت به خوردگی تنشی باعث شده است که در صنایع هوایی، خودروسازی و کشتی‌سازی موردتوجه قرار گیرند. در این پژوهش ابتدا با استفاده از یک مدل اجزای محدود سه‌بعدی در نرم‌افزار انسیس، انتقال حرارت حین جوشکاری الکترود تنگستن یک ورق آلومینیومی از جنس 7075 با ضخامت 5 میلی‌متر مورد بررسی قرار گرفت و نتایج مدل با آزمایش‌های تجربی، صحه‌گذاری گردید و سپس افت سختی در منطقه متأثر از حرارت قطعه آلومینیومی با دقت بالا پیشبینی شد. برای بررسی تاثیر جوشکاری بر میزان افت سختی در منطقه متأثر از حرارت، نمونه‌های جوش داده شده مورد آزمایش میکرو سختی‌سنجی قرار گرفتند. با استفاده از نتایج مدل اجزاء محدود سینتیک فراپیری در نمونه‌های مختلف بررسی شد. نتایج بررسی‌ها نشان داد که مکانیزم‌های استحکام‌دهی این آلیاژ پیرسختی و کارسختی ناشی از نورد است. اینجا از پیرسازی طبیعی استفاده شد که نتیجه آن بازیابی سختی آلیاژ تا حدود 97 درصد سختی اولیه آلیاژ بود. به نظر می‌رسد که جوشکاری تاثیر پیری را از بین برده اما تاثیر چندانی روی کار‌سختی نداشته است. همچنین افت سختی در منطقة آنیل محلولی شده با عملیات حرارتی مناسب قابل‌جبران است، ولی در منطقة فراپیر شده قابل بازگردانی نیست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Finite Element Simulation and Experimental Verification of HAZ Softening during Welding of Aluminum alloy 7075

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Pirbarjasteh 1
  • Mahdi Iranmanesh 1
  • Eslam Ranjbarnodeh 2
  • Emad Cheraghi rizi 2
1 Department of Maritime Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Materials and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The one-of-a-kind properties of series 7xxx aluminum alloys such as high strength, relatively low density, good formability, and good resistance to stress corrosion cracking have made this class of materials a good choice for aerospace, automobile, and marine industries. Watertight, low weight, and fast procedure are the reasons why welding is used in many industries. The heat that welding produces causes many problems like softening in the heat-affected zone. In this research with the use of a 3-D finite element model, the heat transfer of the Al-7075-T6 is investigated and verified by comparing them with the experimental model, and the reduction of hardness in the heat-affected zone of the aluminum was predicted with good precision. In the next step, the softening of HAZ due to welding was measured with microhardness. With the use of the FEM model kinetic of over-aging was measured. The results show hardness of the alloy has two sources i.e., age-hardening and work-hardening. It seems welding eliminates the effects of age-hardening but has no effect on the hardness that comes from work hardening. Also, the decrease in the hardness of the solution-annealed area can be recovered through proper heat treatment. However, it is unrecoverable in the over-aged area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite element method
  • TIG Welding
  • precipitation hardening
  • softening
  • Heat-affected zone
  • over-ageing kinetics

مراجع

[1] W. Jurczak, L. Kyzioł, Dynamic properties of 7000-series aluminum alloys at large strain rates, Polish Maritime Research, 19(1) (2012) 38-43.
[2]   G. Fribourg, Precipitation and plasticity couplings in a 7xxx aluminium alloy: application to thermomechanical treatments for distortion correction of aerospace component, institute polytechnique de Grenoble, (2010).
[3] G. Fu, F. Tian, H. Wang, Studies on softening of heat-affected zone of pulsed-current GMA welded Al–Zn–Mg alloy, Journal of Materials Processing Technology, 180(1-3) (2006) 216-220.
[4] S. Kou, Welding metallurgy, A John Wiley & Sons, New Jersey, USA, (2003).
[5]B. Hu, I. Richardson, Hybrid laser/GMA welding aluminium alloy 7075, Welding in the World, 50(7-8) (2006) 51-57.
[6]  J. Goldak, A. Chakravarti, M. Bibby, A new finite element model for welding heat sources,Metallurgical transactions B, 15(2) (1984) 299-305.
[7]  S. Bate, R. Charles, A. Warren, Finite element analysis of a single bead-on-plate specimen using SYSWELD, International Journal of Pressure Vessels Piping, 86(1) (2009) 73-78.
[8]  A. Farzadi, S. Serajzadeh, A. Kokabi, Modeling of heat transfer and fluid flow during gas tungsten arc welding of commercial pure aluminum, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 38(3-4) (2008) 258-267.
[9] E. Ranjbarnodeh, S. Serajzadeh, A.H. Kokabi, S. Hanke, A. Fischer, Finite element modeling of the effect of heat input on residual stresses in dissimilar joints, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 55(5-8) (2011) 649-656.
[10] S.A. Mousavi, R. Miresmaeili, Experimental and numerical analyses of residual stress distributions in TIG welding process for 304L stainless steel, Journal of Materials Processing Technology, 208(1-3) (2008) 383-394.
[11] G.J. A., A. M., Computational Welding Mechanics, Springer Science, New York, USA, 2005.
[12] J.M. Papazian, Calorimetric studies of precipitation and dissolution kinetics in aluminum alloys 2219 and 7075, Metallurgical Transactions A, 13(5) (1982) 761-769.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 8
آبان 1402
صفحه 1009-1020

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار