تأثير عوامل الربط بالمونة على الخواص الميكانيكية لسبيكة الالمنيوم 2024

الباحث

مازن نبيه علي

المشرف

علي حسين عتيوي - جمال جلال داود

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة المواد / هندسة المواد

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Brazing parameters;2024 aluminum alloy;Mechanical properties;Joint strength

هذه الرسالة تسعى إلى دراسة تأثير عوامل الربط بالمونة على الخصائص الميكانيكية لسبيكة الألمنيوم )2024( حيث تم دراسة تأثير نوع الحشوات،, وإضافة العناصر ¢ ومصدر اللحام أو الربط . ودرجة حرارة المستخدمة في الربط ، ووقت اللازم للربط والمعاملة الحرارية على الخواص الميكانيكية مثل الشد ، والصلابة ، والصدمة ، ومقاومة التآكل، والخواص المجهرية والميتالورجية لهذه السبيكة. باستخدام ثلاثة أنواع مختلفة من الحشوات. القطبي, والشربط والمسحوق مع مصدر الربط وهو الربط بالشعلة الاوكستيلينية على عينة شد مقطوعة من المنتصف ،Judas وبدرجة حرارة (620-550) درجة مئوبة ١ وتم إجراء اختبارات ميكانيكية والخواص المجهرية على العينات النهائية بعد عملية الربط. إن النتائج لتأثير هذا العامل وهو مصدر الشعلة الاوكستيلينية على ثلاثة انواع مختلفة من الحشوات كان قليلا على الخصائص الميكانيكية ل 882024 مقارنة بالعينات الأساس وذلك بسبب انخفاض درجة حرارة الربط (502 درجة مئوبة) وعدم توافق المادة الأساس مع حشو اللحام التقليدي 81-12 / أ5بالرغم من أن الحشوات القطبية اعطت أفضل النتائج نسبيا عن باقي الحشوات المستخدمة لأنها تشكل مركبات بين معدنية Si + Sie + ا©2اه + ،) (ax + 8126 + Mg2Si + B) iB) حول 500 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى وصل أقوى مع الحد الأدنى من المسام. تشكل حشوات المسحوق فراغات ومسامًا ، مما يضعف الربط. تعتبر حشوات الأقطاب الكهربائية (E4340) مثالية لأنها تقلل من محتوى السيليكون وباضافة المغنيسيوم ، مما يسمح بنطاق أوسع لدرجة حرارة الربط وقوة ربط أفضل. وبعتبر تكوين طور (8 + 812610 + (a أمرا حاسما لتحقيق خصائص ميكانيكية قريبة من الحالة الاصلية. تتكون مناطق الربط عادة من شبكة ربطية مع مراحل معدنية مختلفة وكميات قليلة من + ،) Al2Cu + Mg2Si + B). أما في دراسة تأثير الربط الفرن العادي: تم تحضير عينات الشد ووضعها في قالب خاص واستخدام درجات حرارة مختلفة. بدأت دورة تسخين الفرن من (25 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية) كخطوة تسخين مسبق بمعدل تسخين 20 درجة مئوية / دقيقة ثم رفع days الحرارة إلى 590 درجة مئوية ، 600 درجة مئوية و 610 درجة مئوبة ، بعد ذلك تم ادخال العينات في الفرن باستخدام قالب صخري لاتمام عملية الربط ثم ترك العينات داخل الفرن حتى yd وتم shal جميع الاختبارات الميكانيكية ومعرفة البنية المجهرية على العينات المربوطة بهذه الطربقة. إن إيجاد معادن حشو يمكنها اختراق طبقة الأكسيد . وزبادة التفاعلية ، وتقليل التوتر السطحي أثناء الربط لهذه سس _ Oo السبيكة يمكن للعناصر مثل Mg و Cu المساعدة في ذلك . ولكن قد يتم رفضها بسبب انخفاض الذوبان في السبائك. يؤدي استخدام حشو اللحام بدرجة حرارة أقل للسيولة BAISI-3 إلى تحسين قابلية البلل وتكوين المفصل مقارنة بالحشو التقليدي 88151-4 بدرجات حرارة سيولة أعلى. وبيؤدي إضافة 74 BAISI-3 (NCU إنشاء 88151-7إلى نطاق أوسع بين درجات حرارة الصلابة والسيولة ، مما يحسن اللحام بشكل محتمل. ومع ذلك ٠ فإن إضافة 721.5 إضافية من Mg BAISI-7 يخفض نطاق نقطة الانصهار وقد لا يكون الخيار الأفضل. والحشو الأمثل: يوضح 88151-3 قابلية ربط ممتازة مع المادة الأساس وبحقق قوة شد تبلغ حوالي A46MPa واخيرا تم دراسة تأثير الفرن المفرغ على الخواص الميكانيكية والمجهرية لعينات الربط. تم إجراء ربط بالفرن المفرغ ودراسة تأثير درجة حرارة الربط ووقت اللازم للربط ثم اخضاعها للفحوصات الميكانيكة والخواص المجهرية. بدأت دورة التسخين من خطوتين؛ بتسخين مسبق عند 250 و 340 درجة مئوبة لمدة 10 دقائق لتتوافق مع توزيع الحرارة داخل الفرن. بعد ذلك يرتفع في درجة الحرارة إلى 580 و 590 و 600 درجة مع استخدام الاوقات 5 و10 و15 و20 دقيقة. لم يؤثر إضافة العناصر بشكل كبير على خفض نقطة اذنصهار الحشو. لوحظ تكوين طور بيني (أ0105)في منطقة الربط ، خاصة مع أوقات ترابط أطول عينة BOD تشكلت أطوار أخرى في منطقة اللحام تشبه المعدن الأساسي. مزيج من الأطوار la. في ذلك CuSi يساعد على تحطيم طبقة الألومنيوم والنحاس أثناء اللحام. تمت معالجة بعض العينات الملحومة باستخدام فرن التفربغ بالحرارة وفقًا للمعايير والمواصفات القياسية 3 حيث حققت خصائص ميكانيكية جيدة. وأخيراء تم برمجة جميع بيانات المعلمات بواسطة برنامج MATLAB (الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN لتوفير رؤى dad حول تحسين معلمات اللحام لتحقيق وصلات قوية وموثوقة في سبيكة الألومنيوم AA2024 تم تحليل العينات جميعها باس تخدام برنامج حاسوبي لغرض تحليل النتائج وتوقع المعادلات التي تربط بين المدخلات والمخرجات متمثلة بعوامل الربط مع المخرجات وهي الخواص الميكانيكة مع تخمين معادلة بعد الفحص التخيلي لملايين المرات للحصول على المعادلات المطلوبة لتوقع النتائج التخيلية ومقارنتها بالنتائج الحقيقية.

This thesis attempts to study the effect of brazing parameters on mechanical properties of AA2024 alloy. Filler type, elements addition, heat source, brazing temperature, bonding time and heat treatment were studied on tensile, hardness, impact and wear resistance, characteristics and microstructural inspections of AA2024. Using three different types of brazing filler electrode, tape and powder with a braze torch source on a tensile specimen cut from middle as a butt joint, brazing temperature (550-620) °C were applied, brazed specimens were subjected to mechanical tests and microstructure tests. Brazing lowers the mechanical properties of AA2024 compared to un-brazed specimens due to the low brazing temperature (502°C) and incompatibility with conventional brazing fillers (Al-12%Si). Electrode fillers yield better results than tape and powder fillers because they form intermetallic compounds like (α+Al2Cu+Si+β) or (α+Al2Cu+Mg2Si+β) around 500°C, leading to a stronger joint with minimal pores. Powder fillers create voids and pores, weakening the joint. Electrode fillers (E4340) are considered optimal because they reduce silicon content and add magnesium, allowing for a wider brazing temperature range and better joint strength. The formation of the (α+Al2Cu+β) phase is crucial for achieving mechanical properties close to the un- brazed state. Brazed zones typically consist of a eutectic network with various intermetallic phases and minimal amounts of (α+Al2Cu+Mg2Si+β). In atmosphere furnace brazing the tensile specimens that was prepared and insert in a mold with different temperature. The heat cycle of furnace started from (25°C to 250°C) as a pre-heating step with heat rate 20°C /min then raising temperature to 590°C, 600°C & 610°C, after that the specimens were installed in furnace using a refractory mold, cooled in furnace, all brazed specimens were subjected to mechanical tests and microstructure tests. Finding filler metals that can break through the oxide layer, increase reactivity, and reduce surface tension during brazing of AA2024. Elements like Mg and Cu can help, but they may be rejected due to low solubility in the alloy. Using a brazing filler with a lower liquidus temperature (BAlSi-3) improves wettability and joint formation compared to traditional fillers (BAlSi-4) with higher liquidus temperatures. Adding 4% Cu to BAlSi-3 (creating BAlSi-7) creates a wider range between solidus and liquidus temperatures, potentially improving brazing. However, adding an additional 1.5% Mg (BAlSi-7) lowers the melting point range and might not be the best option. Optimal Filler: BAlSi-3 demonstrates excellent wettability with AA2024 and achieves a tensile strength of around 446 MPa. The vacuum furnace brazing with the brazing temperature and bonding time parameters were done on tensile specimens. Heating cycle started from two step; pre-heating at 250 and 340 °C for 10 min to conform the heat distribution inside the furnace. After that rising in the temperature to 580, 590 and 600 °C for 5, 10, 15 and 20 min. The 5 min was neglected for all specimens. Highest tensile strength and hardness were achieved with the highest temperature (600°C) and longest time of 20 min, approaching the properties of the un-brazed alloy. Lower temperatures (580°C and 590°C) for all bonding times resulted in similar, lower strength due to the low solidus temperature of AA2024 (around 502°C) and incompatibility with the brazing filler (Al-12Si). Adding elements is not significantly lower the filler's melting point. Formation of an interfacial phase (CuSi) at the brazing zone, especially with longer bonding times (B09 sample). Other phases formed in the brazing zone that resembled the base metal. A mix of phases, including CuSi, which helps break down the aluminum- copper layer during brazing. Some specimens brazed with vacuum furnace were treated to heat in T3 treatment as standard and specification it achieved a good mechanical property. Finally, all parameters data was programed by MATLAB program (Artificial Neural Network ANN) to provide valuable insights into optimizing brazing parameters for achieving strong and reliable joints in AA2024 aluminum alloy.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب