Sürtünme karıştırma nokta kaynağı ile birleştirilen 7075 Al ve AZ91 Mg alaşımlarının mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
An investigation of microstructure and mechanical properties of 7075 Al and AZ91 Mg alloys joined by friction stir spot welding
Yazar: ÖMER EKİNCİ
Danışman: DOÇ. DR. ZÜLKÜF BALALAN
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde, özelliklede havacılık ve otomotiv sektörlerinde taşıtların yakıt verimliliğini ve performansını artırmak için çelik yerine daha olan hafif alüminyum ve magnezyum alaşımlarını kullanmaya başlamışlardır. Alüminyum ve magnezyum alaşımları bir arada kullanılmasıyla taşıtların ağırlığı daha da azaltılabilir ve performansı artırılabilir. Bu alaşımlar geleneksel ergitme kaynak yöntemleri ile kaynak edildiğinde kaynakta  kaynağın mukavemetini ciddi azaltan kusurlar meydana geldiği için bu yöntemler bu alaşımları kaynak etmede uygun değildir. Katı hal kaynak yöntemleri malzemeleri ergitmeden kaynak ettiği ve ergitme ile ilgili kusurların çoğunu bertaraf edilebildiğnden bu alaşımların kaynağında uygun görülmektedir. Bu çalışmada, 7075-T651 Al ve AZ91 Mg alaşımlarının katı hal kaynak yöntemi olan sürtünme karıştırma nokta kaynağı (SKNK) ile birleştirilmesinde plaka pozisyonunun (üst üste bindirilip SKNK ile birleştirilen 7075-T651 Al alaşımı plaka ve AZ91 Mg alaşımı plakanın üstte veya altta olma durumu), takım pim profilinin (konik, üçgen ve vidalı silindirik), takım dönme hızının (1000, 1400 ve 1800 dev/dak) ve takım bekleme süresinin (3 ve 6 sn) yapılan kaynakların mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, 7075-T651 Al alaşımı plakaların birbirine ve AZ91 Mg alaşımı plakaların birbirine SKNK ile birleştirilmesinde takım pim profilinin (konik ve üçgen) ve takım dönme hızının (800, 1200 ve 1600 dev/dak) kaynakların mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. AZ91 Mg alaşımı plaka, 7075-T651 Al alaşımı plakanın üzerindeyken konik, üçgen ve vidalı silindirik pimli takımlar ile yapılan SKNK kaynaklarının çekme kesme mukavemeti ve çekme-basma yorulma ömrü 7075-T651 Al alaşımı plaka, AZ91 Mg alaşımı plakanın üzerindeyken yapılan kaynaklardan daha yüksek çıkmıştır. En yüksek 2610 N çekme kesme yüküne ve en uzun yorulma ömrüne sahip kaynak, AZ91 Mg alaşımı plaka, 7075-T651 Al alaşımı plakanın üzerindeyken üçgen pimli takım ile 1400 dev/dak dönme hızında ve 6 sn bekleme süresinde üretilmiştir. Genel olarak, 1400 dev/dak takım dönme hızında 1000 ve 1800 dev/dak takım dönme hızlarına göre daha yüksek mukavemetli kaynaklar üretilmiştir. Ve takım bekleme süresi 3 sn'den 6 sn'ye çıkarıldığında kaynaklarn mukavemeti artmıştır.7075-T651 Al alaşımı plakaların birleştirilmesinde üçgen pimli takım ile 1200 dev/dak dönme hızında en yüksek 7,776 kN çekme kesme yüküne sahip kaynak yapılmıştır. AZ91 Mg alaşımı plakaların birleştirilmesinde üçgen pimli takımla1600 dev/dak dönme hızında en yüksek 2035 N çekme kesme yüküne sahip kaynak elde edilmiştir.

Abstract:
Today, especially in the aviation and automotive sectors, they have started to use lighter aluminum and magnesium alloys instead of steel to increase the fuel efficiency and performance of vehicles. By using aluminum and magnesium alloys together, the weight of vehicles can be further reduced and their performance increased. When these alloys are welded by conventional fusion welding methods, since defects occur in the weld severely reduce the strength of the weld and therefore these methods are not suitable for welding these alloys. Solid state welding methods are considered suitable for welding these alloys as they weld the materials without melting them and most of the melting-related defects can be eliminated. In this study, in the joining of 7075-T651 Al and AZ91 Mg alloys with friction stir spot welding (FSSW), which is a solid state welding method, effect of the plate position (being on the top or bottom of 7075-T651 Al alloy plate and AZ91 Mg alloy plate joined with FSSW by overlapping), tool pin profile (conical, triangular and screwed cylindrical), tool rotation speed (1000, 1400 and 1800 rpm) and tool dwell time (3 and 6 sec) on the microstructure and mechanical properties of the made FSSW welds were investigated. In addition, in the joining of 7075-T651 Al alloy plates and AZ91 Mg alloy plates to each other with FSSW, effect of tool pin profile (conical and triangular) and tool rotation speed (800, 1200 and 1600 rpm) on the microstructure and mechanical properties of the produced FSSW welds were investigated. Tensile shear strength and tension-compression fatigue life of the FSSW welds made with conical, triangular and screwed cylindrical pin tools when AZ91 Mg alloy plate was on 7075-T651 Al alloy plate were higher than that of the FSSW welds made when 7075-T651 Al alloy plate was on AZ91 Mg alloy plate. While AZ91 Mg alloy plate was on 7075-T651 Al alloy plate, the weld having highest tensile load of 2610 N and longest fatigue life was produced by triangular pin tool at rotation speed of 1400 rpm and dwell time of 6 sec. In general, stronger welds were produced at 1400 rpm tool rotation speed than at 1000 and 1800 rpm tool rotation speeds. And strength of the welds increased when tool dwell time was increased from 3s to 6s. In the joining of 7075-T651 Al alloy plates, the weld having highest tensile shear load of 7,776 kN made with triangular pin tool at rotation speed of 1200 rpm. In the joining of AZ91 Mg alloy plates, the weld having highest tensile shear load of 2035 N was obtained with triangular pin tool at rotation speed of 1600 rpm.