Method Article
כאן, אנו מציגים את החיכוך מהומה ריתוך נקודה (FSSW) פרוטוקול על השלב כפול 780 פלדה. סיכת כלי עם סיבוב במהירות גבוהה מייצר חום מחיכוך כדי לרכך את החומר, ולאחר מכן, את הסיכה צולל לתוך 2 מפרקים גיליון ליצור את המפרק הברכיים.
החיכוך מעורר ריתוך נקודה (FSSW-מז), נגזרת של החיכוך מעורר ריתוך (FSSW), היא טכניקה מוצק מדינה ריתוך שפותחה בשנת 1991. יישום תעשייתי נמצא בתעשיית הרכב ב 2003 עבור סגסוגת אלומיניום ששימש בדלתות האחוריות של מכוניות. החיכוך מהומה ריתוך נקודה משמש בעיקר על סגסוגות אל ליצור המפרקים הברכיים. היתרונות של ריתוך נקודה מעורר חיכוך לכלול כמעט 80% טמפרטורת ההיתוך המוריד את הדפורמציה תרמית מבלי להתיז לעומת ריתוך ספוט התנגדות. החיכוך מהומה ריתוך ספוט כולל 3 שלבים: עוז, זע, ו הנסיגה. במחקר הנוכחי, חומרים אחרים כולל פלדה בחוזק גבוה משמשים גם בשיטת החיכוך מעורר ליצור מפרקים. DP780, שתהליך הריתוך המסורתי שלו כרוך בשימוש בריתוך ספוט התנגדות, הוא אחד מכמה חומרי פלדה בעלי כוח גבוה בשימוש בתעשיית הרכב. בנייר זה, DP780 שימש לריתוך מעורר חיכוך הנקודה, ואת המיקרומבנה שלה מיקרוקשיות נמדדו. הנתונים המיקרומבנה הראו כי היה אזור היתוך עם דגנים עדינים אזור אפקט חום עם האי martensite. תוצאות המיקרוקשיות מצביעות על כך שהאזור המרכזי הציג מידה רבה יותר של קשיות בהשוואה לבסיס המתכת. כל הנתונים מציינים כי החיכוך מעורר מהומה ריתוך ספוט המשמש בשלב כפול פלדה 780 יכול ליצור מפרק הברכיים טוב. בעתיד, החיכוך ריתוך נקודה מהומה יכול לשמש ריתוך פלדה בעוצמה גבוהה להחיל תהליכי ייצור תעשייתיים.
החיכוך מעורר ריתוך (FSW) דווחה לראשונה בשנת 1991 בשעה TWI, אבנגטון, בריטניה1. בשנת 2003, פיצ'יני וסבובוודה קבעו שיטה מעולה לשיפור היתרונות של FSW המכונה ריתוך ספוט מעורר חיכוך (FSW-מז) לשימוש בתהליכי ייצור רכב מסחרי2. השיטה FSSW-מז כרוכה ביצירת מפרק הברכיים ספוט ללא שטח בצובר נמס. הפיתוח החשוב ביותר לשימוש ב-FSSW-מז הינו בסגסוגות אלומיניום, כאשר הסגסוגת של הסגסוגות מהוות בתהליך הריתוך בתנאי טמפרטורה גבוהה. הדוגמה המוצלחת הראשונה היתה בתעשיית הרכב, שבו fssw ' היה בשימוש בייצור הדלת האחורית כולה של RX-81,3,4.
בינתיים, פלדה בחוזק גבוה הוא החומר הדומיננטי של גוף המכונית, במיוחד פלדה בשלב כפול. הספרות מצביעה על כך DP600 המיוצר עם FSSW-מז יכולים להיות בעלי אותם תכונות כמו מתכת בסיס, שבו כל אזורי ריתוך יש מיקרובנים דומים ודרגות של קשיות5. שיטות FSSW-מע לשימוש בפלדת DP על המיקרומבנה שלהם של אזור המהומה (SZ), את האזור תרמוס-מכני מושפע (TMAZ), ואת מודל הכישלון של DP590 ו DP600 פלדה נחקרו על ידי כמה חוקרים. הם הבחינו הבדלים בעקביות של המיקרו מבנה (פריט, ביינניט, ו martensite) של DP590 ו DP600 פלדה במהירויות סיבוב שונים6,7,8,9,10. כמה חוקרים ניהלו מחקרים השוואתיים של fssw ו rsw עבור DP780 פלדה8,9. הם דיווחו כי הצטרפות עוד פעמים ומהירויות סיבוב הכלי גבוה יותר הביא שטח מליטה מוגבר עבור כל צולל, אשר הוביל כוח להטות גבוה יותר והעביר את המצב מתוך פנים משולבת למשוך החוצה. הם גם הגיעו כי FSSW-מז היה בעל כוח גבוה יותר מאשר RSW. תהליך FSSW-מז כולל 3 שלבים: עוז, ערבוב ונסיגה. הצעד הראשון הוא צולל עם סיכת הכלי סיבוב קרוב לגיליון של מפרק הברכיים מחובר לתוך הסדין. הכתף הסיבוב הכלי בתהליך FSSW-מז יכול ליצור חום פריקטבי. בשלב השני, החום יכול לרכך את הסדין ולהקל על חיבור של סיכת הכלי לתוך הסדין, כמו גם לשכון בחומרים כדי לערבב שתי חתיכות עבודה יחד לערבב סביב האזור סיכה. לבסוף, הלחץ מתוך הכתף הכלי לחץ על חתיכות העבודה יכול לשפר את ההתחברות. לאחר תהליך הריתוך, את הסיכה יכול להיות החזרתי מחור המנעול. היתרונות של FSSW לעומת RSW הם טמפרטורת ריתוך נמוכה יותר, לא מתיז, ויציבות יותר בתהליך הייצור.
למרות שמחקרים על FSSW-in של פלדות מתקדמות בעוצמה גבוהה (AHSS) דווחו על ידי חוקרים שונים, מחקרים על FSSW-מז של DP590, DP600, ו DP780 התמקדו במיקרו מבנה ובדגמי מכני וכישלון באמצעות תהליך שונות פרמטרים. במחקר הנוכחי, FSSW-מז של DP780 פלדה נחשבה. פרוטוקול ה-FSSW-מז דווח בפרוטרוט, והקושי הפרטני באזור המהומה, האזור המושפע מכנית, והאזור המושפע מחום, כמו גם מתכת הבסיס הוערכו על בסיס המיקרוקשיות הנמדד.
עם הצמיחה המתמשכת והביקוש הכבד להפחתת משקל בתעשיות הרכב והחלל, תעשיית הרכב הראתה עניין גובר במפרקים AHSS והברכיים. לדוגמה, גוף פלדה קונבנציונאלי של מכונית, בממוצע, יש יותר מ 2,000 ספוט ריתוך המפרקים הברכיים11. ישנם 3 תהליכים ריתוך נפוץ עבור המפרקים הברכיים בשימוש בתעשייה, כולל ריתוך ספוט התנגדות, ריתוך ספוט לייזר, וחיכוך ספוט ריתוך12. דרך אחת להקטין את המשקל היא באמצעות פלדות מתקדמות בעוצמה גבוהה (AHSS). החומרים הפופולריים ביותר הם בפאזה כפולה והנגרמת המושרה (טיול) פלדות, אשר משמשות יותר ויותר בתעשיית כלי רכב13,14,15,16. מכיוון שתעשיית הרכב הגדילה את תקני כוח בשל צריכת דלק משופרת וקליטת אנרגיה התרסקות תחת משקל הרכב ירד, השימוש בחומרים שונים ותהליכי ריתוך הוא הופך בעיה חשובה.
1. הכנת חומר
הערה: מחשב את 1.6 mm עבה גיליונות DP780 לתוך 40 מ"מ x 125 מ"מ קופונים. מפרקי FSSW-מז מתוכננים בתור הטיית דגימות לבדיקות מכניות. הצטרפות 2 125 מ"מ על ידי גיליונות 40 mm עם 35 מ"מ על ידי 40 mm חפיפה בעקבות RSW תקן ISO NF 18278-2; 2005. מעצב הגיאומטריה פוליגבישי יהלום עם כתף חרוט קטופה. עיצוב הגיאומטריה מוצג באיור 1a. קוטר הסיכה הוא 5 מ"מ; האורך הוא 2.5 מ"מ, ורוחב הכתפיים הוא 10 מ"מ. סיכת הכלי האמיתי מוצגת באיור 1b.
2. נוהל
הערה: מרחב העבודה מוצג באיור 2. כל שגרות הייצור מושלמות במרחב העבודה. לפני ההליך, רצפי תהליך ריתוך מורכבים שילוב של סיבובים כלים ומעמקי החדירה, כמו גם סדרה של רצפים כולל טרום חימום, צולל, מגורים, נסוג, ולאחר החימום. כל השלבים מוצגים באיור 3 בצורת תרשים זרימה של עבודה.
3. הערכת נכסים מכניים
יש דיאגרמה באיור 3 המדגימה כי החיכוך מעורר מהומה התהליך ריתוך מורכב 3 חלקים: צולל (איור 3e), ערבוב (איור 3e), ונסוג (איור 3e). במחקר שלנו, ניתן ליצור את נקודת הריתוך. עומק החדירה הוא גורם אחד שהוערכה. באיור 6a, fssw-מז יוצר את חור המנעול במרכז כדי ליצור את המפרק עבור 2 גיליונות. עומק המדידה של חור המנעול הוא מהדף העליון למשטח התחתון של חור המנעול (איור 6b). ערכי המדידה מוצגים באיור 6c, שעבורם ערכי ההגדרה הם 2 ס"מ והערכים הממשיים הם 1.92 ל-1.98 ס"מ. באיור 7, התמונה מציגה את התצוגה הכוללת של חור המפתח של נקודת הריתוך בגיליון DP780. הניתוח של מבנה המיקרו מתכת הבסיס הראה איי מרטזיט במטריקס (איור 8a). המיקרומבנים של tmaz ליד חור המנעול להראות תערובת של המחט כמו מרטנזיט ופריט משובח (איור 8b,c). האזור מהומה סביב חור המנעול חשף מאראטזיט דגנים ופורמי (איור 8d).
Hsu ואח '25 למד את קשיות המתכת הבסיסית בהשוואה לתכונת החומר המקורי. באזור רודפת intercritical, ערך הקשיות נמצא בטווח של כ 310 כדי 330 Hv. קשיות של TMAZ היה כ 360 Hv. הקשיות באזור מהומה של חיכוך מעורר מהומה במקום הוא גבוה באופן משמעותי מאשר באזורים אחרים; הערכים נמצאו להיות 370 Hv (איור 9, השתנה מ-hv et al.25). אם תהליך הריתוך אינו מוצלח, יהיו כמה סדקים וחוסר היתוך באזור הריתוך.
איור 1. דיאגרמה של סיכת הכלי.
(א) הגודל והגיאומטריה של סיכת הכלי (ב) סיכת הכלי בפועל לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2. דיאגרמה המדגימה את מרחב העבודה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
. איור 3 תרשים זרימה כדי להמחיש את תהליך החיכוך של מהומה במקום.
(א) הגדרת מחשב (c) (ב) בטיחות (ד) (ב)הגדרה (ה) מאושרת (ה) (ב) (ב) (ז) (ב) (א) (ב) לאימות (2) הגדרות מכניות של המפרקים אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4. . תהליך הריתוך (א) כיול (ב) צולל (ג) זע (ד) מתחיל נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5. דיאגרמה המציגה את הסיכה שבשימוש. הפינים צורכים בטמפרטורות גבוהות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
. איור 6 אישור עומק השכון באמצעות השוואה בין ההגדרות.
(א) תצוגת המאקרו של fssw-מז יוצרת את חור המנעול. (ב) דיאגרמה המדגימה את מדידת המעמקים (ג) העומקים השוכנים בעומק 2 ס מ. ערכי המדידה בפועל נעים בין 1.92 ל-1.98 ס"מ. נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7. מבט כולל על ריתוך נקודה החיכוך מעורר. האזור שנותח הכיל 4 חלקים: (I) בסיס מתכת (II) רודפת (III) TMAZ, ו (IV) אזור המהומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 8. הרכב המיקרומבנה של המפרק שנוצר באמצעות FSSW-מז. (א) בסיס מתכת: המתכת הבסיסית של העבודות העבודה מורכבת של DP 780 גיליונות. המתכת הבסיסית לא מראה שינוי במאפייני החומר (ב) רודפת: המחזור התרמי סביב האתר ריתוך עם העברת חום. רודפת האזור מציג את האיים מרטנזיט. (ג) tmaz: thermomechanically האזור המושפע סביב אזור המהומה. את המחט כמו מרטנזיט ופריט הטוב ביותר המוצג באזור tmaz. (ד) מהומה באזור: חור הסיכה שנוצר בתהליך הריתוך עם היווצרות של גרגרים מרריזציה. דגנים עדינים קטן יותר 10 יקרומטר הופיעו באזור מהומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 9. ערכי microhardness של החומר נבדק באמצעות מכונת מבחן וויקרס עם משקל טעינה של 300 g הוחזק עבור 15 s. דמות זו שונתה מ-Hsu et al.25. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
השלב הצולל הוא החשוב ביותר בתהליך FSSW-מז. ללא חום חיכוך מספיק בא מהכתף של הסיכה כדי לרכך את החומר, הסיכה יהיה שבר. הגיאומטריה כלי, מהירות סיבוב, זמן להתעכב, הכלי חדירה עומק26 פרמטרים של התהליך fssw לשחק תפקיד קריטי בקביעת השלמות המשותפת. ה-TPD והגיאומטריה של הכלי27 במיוחד יש השפעה חשובה על הרתעות ומאפיינים משותפים דווח.
הגאומטריה של הפינים היו גליליות, "הטיה", טריחליל מושלם, "הטיית-טריחליל", "להטות" ומערבבים מחדש שעוצבו על ידי TWI28. הם מתאימים ריתוך בתחת אבל לא עבור ריתוך הברכיים כי התנועה כלי מומנט ריתוך יכול להיות מופחת על ידי כוח החוצה שנגרמו על ידי ערבוב אינטנסיבי. מערבבים-טריחליל, א-הטיה, ו-לערבב מחדש סיכות כלי מתאימים ריתוך הברכיים; העיצוב נועד להגדיל את נפח הסחף של הסיכה כדי להרחיב את אזור המהומה כדי ליצור מפרק הברכיים הרחבה יותר של29. בינתיים, במהלך FSSW-מז, החיכוך מייצר חום בממשק של הכלי מסתובבת ואת פיסת העבודה. הגיאומטריה של כלי ופרמטרי FSSW-מז משפיעים על עוצמת ה-FSSW-מז4. הכתף והסיכה של הכלי הם החלקים העיקריים של הכלי FSSW-מז5. הסיכה מפיקה חום חיכוך, מבטלת את החומר סביבו, ומעוררת את החומר המחומם6. הגודל7, זווית8, כיוון הליך משנה9, אורך10 ו פרופיל11 של הפין תלוי היווצרות גוש. בינתיים, הכתף של הכלי מייצרת חום במהלך תהליך FSSW-מז, מחשל את החומר המחומם, מונע גירוש חומרי ומסייעת לתנועה חומרית סביב הכלי12. הגודל והקונחלל של הכתף הם גם גורמים חשובים בחיכוך מהומה במקום ריתוך13.
חומרי סיכה מורכבים המרכיבים הבאים: 12% Cr פלדה, פחמן נמוך פלדה, מו ו-w סגסוגת, w סגסוגת, polycrystalline מעוקב בורון ניטריד (pcbn), ו בורון מעוקב polycrystalline. מכיוון ללבוש כלי התרחשה בתקופה צולל בשלב הראשוני של ריתוך, הכלי דפורמציה וללבישה לשפשף יכול להימצא בכלי. בעיה זו ניתן לפתור על ידי בחירת חומר מתאים סיכה כי הוא קשה והוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות לעומת עבודות העבודה להגברת החיים בכלי. במחקר שלנו, השתמשנו יהלום פוליגביש כדי לרתך את החומר.
אורך הסיכה ועומק החדירה הם גם גורמים שיכולים להשפיע על ההעמסה המרבית בתהליך הריתוך. זה כבר הצביע כי יהיה מוגבר הכלי חדירה עומק ואורך סיכה ירד, וכתוצאה מכך2גבוה יותר.
שיעור הסיבוב הוא גורם חשוב המוביל את החיכוך סיכה על פיסות העבודה כדי להתחיל את תהליך הריתוך. מהירות החל מ 300-1000 סל ד ניתן להשתמש כדי לזהות את טמפרטורת שיא מ 430 כ 470 ° c באזור מרכז ריתוך. הרחק מאזור הריתוך, אזור אפקט החום הציג ירידה בטמפרטורה עד 350 ° c עבור סגסוגת אל (6061Al-T6)30. מהפניות אחרות, מצב החיכוך במהירות סיבוב נמוכה עם מקל יכול להפוך מקל/להחליק במהירויות גבוהות. קצב הסיבוב הוא הגורם העיקרי המוביל את הדור של החום הדרוש כדי לזייף את החומר. בעבר, מחקרים התמקדו בסגסוגת אל. עם זאת, במחקר שלנו, ההתמקדות היא על פלדה DP. אין ערך בדיקה שעליו יש לזהות את הטמפרטורה. עם זאת, מבוסס על העובדה כי המיקרו מבנה ב קו האמצע הציג בסדר martensite תבואה, ניתן להסיק כי טמפרטורת המצע חרג תקן Ac3.
המחקר של עבודות העבודה FSSW-מז בעבר מרוכז על סגסוגות אלומיניום, כי טמפרטורת ההיתוך נמוכה בריתוך מתכת מוביל מומים וכוח נמוך הדורשים להיות קבוע דרך FSSW-מז. מאז פותחה FSSW-מז, חומרים שונים שימשו, כולל פלדה קל. סוגים שונים של פלדה DP מרותך עם סגסוגות אל הם אזורים חדשים לחקירה. בהתבסס על יישומים מסחריים, FSSW-מז יכול להיות שיטה שימושית עבור סגסוגות שונות של רכיבים המשמשים בייצור תעשייתי עקב חיסכון במונחים של זמן ועלות.
. למחברים אין מה לגלות
אנו מודים לד ר ק. ג. יאנג בחברת הפלדה הסינית לתמיכה חומרית ורוצים להביע את תודתנו לאדון וואנג, ק. ק. וואנג, ו-B. Y הונג ב-MIRDC לקבלת סיוע לחברת FSSW-מז הניסיונית. מחקר זה נתמך על ידי המרכז למחקר ופיתוח של תעשיות מתכת, קאושיונג, טייוואן, ROC.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
anvil | MIRDC | made by MIRDC | |
DP780 | China steel Corporation | CSC DP780 | |
stir spot welder machine | MIRDC | made by MIRDC | |
tool pin | KINIK COMPANY | DBN2B005B |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved