تحلیل آماری پارامترهای موثر بر خواص مکانیکی کامپوزیت سطحی Al7075/Al2O3 حاصل از فرآوری اصطکاکی اغتشاشی با استفاده از روش رویه پاسخ

نوع مقاله: طرح پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

چکیده

برای بهبود خواص آلومینیم و آلیاژهای آن، راهکارهای متنوعی همچون: کاهش اندازه دانه، افزودن عناصر آلیاژی و کامپوزیت سازی، مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، استفاده از فرآیندهای حالت جامد همچون فرآوری اصطکاکی اغتشاشی به منظور ایجاد کامپوزیت‌ سطحی در دمای زیر نقطه ذوب، بسیار مناسب است. از این‌رو، با توجه به قابلیت فرآوری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یک فرآیند حرارتی – مکانیکی و مزایای آن در تولید کامپوزیت سطحی زمینه فلزی، در پژوهش پیش‌رو، کامپوزیت‌های سطحی آلومینیم 7075 با به کارگیری ذرات تقویت کننده از جنس اکسید آلومینیم، با استفاده از این فرآیند و منطبق بر اصول طراحی آزمایش، تولید شدند‌. بدین منظور، روش رویه پاسخ به عنوان روش طراحی آزمایش، انتخاب گردید و متغیرهای: سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی ابزار، قطر شانه ابزار و اندازه ذرات تقویت کننده به عنوان متغیرهای ورودی فرآیند، تعیین شدند. در ادامه، تحلیل آماری پارامترهای موثر بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌ سطحی Al7075/Al2O3 به انجام رسید. نتایج حاصل از آنالیز واریانس و تحلیل رگرسیون داده‌های حاصل از آزمون‌های تجربی، صحت و دقت معادلات رگرسیون را مورد تأیید قرار داد و نشان داد که عبارات خطی، تعاملی و سهموی از متغیرهای ورودی فرآیند، بر استحکام تسلیم و سختی نمونه‌های کامپوزیتی موثر هستند. همچنین، نرخ پیشروی ابزار و اندازه ذرات تقویت‌کننده به ترتیب به عنوان موثرترین عوامل خطی بر استحکام تسلیم و سختی قطعات کامپوزیتی معرفی شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Heinz A, Haszler A, Keidel C, Moldenhauer S, Benedictus R, Miller WS (2000) Recent development in aluminium alloys for aerospace applications. Mat Sci Eng A 280 (1): 102-107.

[2] Williams JC, Starke EA (2003) Progress in structural materials for aerospace systems. Acta Mater 51 (19): 5775-5799.

[3] Esmaeili A, Shaeri MH, Talafi Noghani M, Razaghian A (2018) Fatigue behavior of AA7075 aluminium alloy severely deformed by equal channel angular pressing. J Alloy Compd 757: 324-332.

[4] Li JF, Peng ZW, Li CX, Jia ZQ, Chen WJ, Zheng ZQ (2008) Mechanical properties, corrosion behaviors and microstructures of 7075 aluminium alloy with various aging treatments. T Nonferr Metal Soc 18 (4): 755-762.

[5] Shrivastava AK, Singh KK, Dixit AR (2018) Tribological properties of Al 7075 alloy and Al 7075 metal matrix composite reinforced with SiC, sliding under dry, oil lubricated, and inert gas environments. P I Mech Eng J-J Eng 232 (6): 693-698.

[6] Knych T, Mamala A, Ściężor W (2013) Effect of selected alloying elements on aluminium physical properties and its effect on homogenization after casting. Mater Sci Forum 765: 471-475.

[7] Rosochowski A (2005) Processing metals by severe plastic deformation. Sol St Phen 101-102: 13-22.

[8] Baradeswaran A, Elaya Perumal A (2014) Wear and mechanical characteristics of Al 7075/graphite composites. Compos Part B-Eng 56: 472-476.

[9] Tsai MS, Sun PL, Kao PW, Chang CP (2009) Influence of severe plastic deformation on precipitation hardening in an Al−Mg−Si alloy: Microstructure and mechanical properties. Mater Trans 50 (4): 771-775.

[10] Wawer K, Lewandowska M, Wieczorek A, Aifantis EC, Zehetbauer M, Kurzydlowski KJ (2009) Grain refinement in 7475 aluminum alloy via high pressure torsion and hydrostatic extrusion. Kovove Mater 5: 325-332.

[11] Sarkari Khorrami M, Kazeminezhad M, Kokabi AH (2012) Microstructure evolutions after friction stir welding of severely deformed aluminum sheets. Mater Design 40: 364-372.

[12] Thomas WM (1991) Friction stir butt welding. Int Patent No. PCT/GB92/02203.

[13] Ghiasvand A, Hassanifard S (2018) Numerical simulation of FSW and FSSW with pinless tool of AA6061-T6 Al alloy by CEL approach. Journal of Solid and Fluid Mechanics 8 (3): 65-75. (In Persian)

[14] Mishra RS, Mahoney MW, McFadden SX, Mara NA, Mukherjee AK (1999) High strain rate superplasticity in a friction-stir processed 7075 Al alloy. Scripta Mater 41: 163-168.

[15] Mironov S, Sato YS, Kokawa H (2019) Nanocrystalline titanium, Chapter 4: Friction-stir processing. Elsevier, ISBN 9780128145999: 55-69.

[16] Gholami S, Emadoddin E, Tajally M, Borhani E (2015) Friction stir processing of 7075 Al alloy and subsequent aging treatment. T Nonferr Metal Soc 25: 2847-2855.

[17] Abrahams R, Mikhail J, Fasihi P (2019) Effect of friction stir process parameters on the mechanical properties of 5005-H34 and 7075-T651 aluminium alloys. Mat Sci Eng A 751: 363-373.

[18] Rao VR, Ramanaiah N, Sarcar MMM (2014) Fabrication and investigation on properties of TiC reinforced Al7075 metal matrix composites. Appl Mech Mater 592-594: 349-353.

[19] Josyula SK, Narala SKR (2014) A brief review on manufacturing of Al-TiC MMC. Adv Mat Res 980: 62-68.

[20] Mishra RS, Ma ZY (2005) Friction stir welding and processing. Mat Sci Eng R 50 (1-2): 1-78.

[21] Sharma V, Prakash U, Manoj Kumar BV (2015) Surface composites by friction stir processing: A review. J Mater Process Tech 224: 117-134.

[22] Ahmadifard S, Kazemi Sh, Heidarpour A (2015) Fabrication of Al5083/TiO2 surface composite by friction stir process and investigating its microstructural, mechanical and wear properties. Modares Mechanical Engineering 15 (12): 55-62. (in Persian)

[23] Ahmadifard S, Roknian M, Tinati Seresht T, Kazemi Sh (2016) Fabrication of hybrid nanocomposite Al2024/Gr/ZrO2 via FSP and evaluation effect role of hybrid ratio in mechanical and wear properties. Modares Mechanical Engineering 16 (6): 119-126. (in Persian)

[24] Arun Babu N, Balu naik B, Ravi B, Rajkumar G (2018) Process parameter optimization for producing AA7075/WC composites by friction stir welding. Mater Today-Proc 5: 18992-18999.  

[25] Kumar S, Kumar A, Vanitha C (2019) Corrosion behaviour of Al 7075 /TiC composites processed through friction stir processing. Mater Today-Proc 15: 21-29.

[26] Deore HA, Mishra J, Rao AG, Mehtani H, Hiwarkar VD (2019) Effect of filler material and post process ageing treatment on microstructure, mechanical properties and wear behaviour of friction stir processed AA 7075 surface composites. Surf Coat Tech 374: 52-64.

[27] Jelokhani-Niaraki MR, Mostafa Arab NB, Naffakh-Moosavy H, Ghoreishi M (2016) The systematic parameter optimization in the Nd:YAG laser beam welding of Inconel 625. Int J Adv Manuf Tech 84 (9-12): 2537-2546.

[28] Montgomery DC (2017) Design and analysis of experiments. 9th edn. John Wiley & Sons, ISBN 978-1-119-11347-8.

[29] Myers RH, Montgomery DC, Anderson-Cook CM (2016) Response surface methodology: Process and product optimization using designed experiments. 4th edn. John Wiley & Sons, ISBN 978-1-118 91601-8.

[30] Vahdati M, Mahdavinejad R, Amini S, Moradi M (2015) Statistical analysis and optimization of factors affecting the surface roughness in UVaSPIF process using response surface methodology. J Adv Mat Res 3 (1): 15-28.

[31] Mostafapour A, Kamali H, Moradi M (2017) Friction surfacing of AA7075-T6 deposition on AA2024-T351; Statistical modeling using response surface methodology. Modares Mechanical Engineering 17 (8): 224-230.

[32] Design Expert software, version 11, http://www.statease.com.

[34] AMSH6088: Heat Treatment of Aluminum Alloys, SAE International, https://www.sae.org.