Συγκόλληση διά τριβής με ανάδευση ελασμάτων κράματος αλουμινίου 5083 ενισχυμένων με μικρό και νάνο σωματίδια

Παντελής, Ιωάννης; Pantelis, Ioannis

dc.contributor.author	Παντελής, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Pantelis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2016-08-26T09:39:36Z
dc.date.available	2016-08-26T09:39:36Z
dc.date.issued	2016-08-26
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43382
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12109
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συγκολλήσεις	el
dc.subject	Συγκολλήσεις τριβής	en
dc.subject	Αλουμίνιο	el
dc.subject	Εφελκυσμός	el
dc.subject	Νανοσωματίδια	el
dc.subject	Welding	en
dc.subject	Friction	en
dc.subject	Aluminum	en
dc.subject	Tensile	en
dc.subject	Nanoparticles	en
dc.title	Συγκόλληση διά τριβής με ανάδευση ελασμάτων κράματος αλουμινίου 5083 ενισχυμένων με μικρό και νάνο σωματίδια	el
dc.title	Friction stir welding of aluminum 5083 plates reinforced with micro and nano particles	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία και μηχανική υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/77b51893abb57b47488875821b788f7cb479d602
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-01
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η αυξανόμενη ζήτηση της βιομηχανίας για ελαφριά υλικά οδήγησε στην αύξηση του ενδιαφέροντος για έρευνα σε διάφορα κράματα αλουμινίου, τα οποία είναι σχετικά φθηνά και έχουν υψηλό λόγο αντοχής προς βάρος. Τα κράματα του αλουμινίου χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας, όπως αυτοκινητοβιομηχανία, αεροναυπηγική και ναυπηγική βιομηχανία. Όλες αυτές οι εφαρμογές απαιτούν συγκολλήσεις οι οποίες όταν πραγματοποιούνται με τις κλασικές μεθόδους τήξης, είναι είτε μη εφικτές, είτε οδηγούν σε υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων της συγκόλλησης. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η εφαρμογή της συγκόλλησης δια τριβής με ανάδευση, μιας σχετικά καινούργιας τεχνικής συγκόλλησης στερεάς κατάστασης, η οποία ανακαλύφθηκε το 1991 στο Ινστιτούτο Συγκολλήσεων (The Welding Institute – TWI) στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ακριβώς επειδή κατά τη συγκόλληση αυτή το μέταλλο δεν λιώνει, η συγκόλληση δια τριβής με ανάδευση αποφεύγει τα μεγαλύτερα μειονεκτήματα των συγκολλήσεων τήξης, όπως π.χ. ρωγμές στερεοποίησης, εγκλείσματα και πορώδες. Η συγκόλληση δια τριβής με ανάδευση για το AA5083 έχει ερευνηθεί από αρκετούς ερευνητές. Οι παράμετροι της συγκόλλησης, το μέγεθος των κόκκων, η ροή του υλικού, οι μηχανικές ιδιότητες, η διάβρωση, η κατεργασιμότητα, όπως επίσης και οι παραμένουσες τάσεις, έχουν πολύ ή λίγο μελετηθεί. Ωστόσο, ελαχιστότατες εργασίες υπάρχουν για ενίσχυση με σωματίδια αυτών των συγκολλήσεων. Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να μελετηθεί η εισαγωγή διαφόρων ειδών ενισχυτικών σε συγκολλήσεις δια τριβής με ανάδευση κράματος AA5083-H111, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδρασή τους στις μηχανικές ιδιότητες των συγκολλήσεων, μέσω μετρήσεων μικροσκληροτήτων, δοκιμών εφελκυσμού και νανοδιείσδυσης. Στην παρούσα έρευνα μίγματα α) σωματιδίων SiC με νανοσωλήνες άνθρακα και β) σωματιδίων από SiC, Αl2O3 και νανοσωλήνες άνθρακα, χρησιμοποιήθηκαν ώστε να ενισχυθεί η ζώνη ανάδευσης των συγκολλήσεων. Ο αριθμός και η διεύθυνση των πάσων μεταβλήθηκαν ώστε να βρεθούν οι παράμετροι που οδηγούν σε καλή διασπορά του μίγματος των σωματιδίων. Οι ιδιότητες των παραγόμενων ραφών συγκόλλησης συγκρίθηκαν μεταξύ τους καθώς και με αυτές ενός ενισχυμένου με νανοσωματίδια SiC δοκιμίου, ενός μη ενισχυμένου δοκιμίου και του μετάλλου βάσης. Μέσα από τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής, βρέθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες των συγκολλήσεων που οδηγούν στην καλύτερη δυνατή διασπορά των σωματιδίων ενίσχυσης, για όλα τα είδη που μελετήθηκαν και αποδείχτηκε ότι η συμπεριφορά των συγκολλήσεων εξαρτάται από το είδος της εκάστοτε ενίσχυσης και από την κοκκομετρία της. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι τις υψηλότερες τιμές μικροσκληρότητας στη ζώνη ανάδευσης εμφανίζει η συγκόλληση με ενίσχυση nano SiC, ενώ τις χαμηλότερες η συγκόλληση με σκόνη ενίσχυσης SiC/CNT/Al2O3. Οι συγκολλήσεις με ενίσχυση nano SiC και ενίσχυση micro SiC/CNT παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά σε εφελκυσμό, καλύτερη αυτής των συγκολλήσεων χωρίς ενίσχυση, ενώ, η συγκόλληση με ενίσχυση SiC/CNT/Al2O3 εμφανίζει τη χειρότερη. Τέλος, σε όλες τις περιπτώσεις, η θραύση σε εφελκυσμό έλαβε χώρα στη θερμικά επηρεασμένη ζώνη, δηλαδή στο σημείο που εμφανίζεται η χαμηλότερη αντοχή της συγκόλλησης, γεγονός που επιβεβαιώνει τη σωστή επιλογή των συνθηκών συγκόλλησης και εμμέσως την καλή διασπορά των σωματιδίων ενίσχυσης.	el
heal.abstract	In recent years, the increasing demand of the industry in lightweight materials has fueled interest in the research of several aluminum alloys which are relatively cheap and have high strength-to-weight ratio. Aluminum alloys are used in many industry sectors such as the transport, aerospace and shipbuilding-marine ones. All these applications require welding which, when using the conventional fusion methods, is either not feasible or results in degradation of the mechanical properties, depending on the alloy. A solution to this phenomenon is the application of Friction Stir Welding, a relatively recent solid state welding method which was invented in 1991 at The Welding Institute (TWI) in the UK. Because there is no melting of the metal, FSW avoids most of the drawbacks of fusion welding like solidification cracks, inclusions and porosity. The Friction Stir Welding of AA5083 has been studied by a multitude of researchers. The welding parameters, grain size, material flow, mechanical, fatigue and corrosion properties, formability as well as residual stresses were investigated. However, only a few studies exist on the reinforcement of friction stir welds through the addition of particles. Τhe aim of this work was to study the incorporation of different kinds of reinforcements inside friction stir welds of AA5083-H111, in order to examine its effects on the mechanical properties of the welds, through microhardness measurement, tensile testing and nanoidentation experiments. In the present study mixtures of a) particles of SiC with CNTs and b) particles of SiC, Al2O3 and CNTs, were used in order to reinforce the stir zone of the welds The number and the direction of the passes were altered in order to determine the optimum parameters that lead to a good particle dispersion The properties of the manufactured welds were compared with each other, as well as, with a weld reinforced with SiC nanoparticle, an unreinforced specimen and the base metal. Through this study, the optimum parameters that lead to the best particle distribution for all the specimens that have been examined were determined. This concluded that the properties of the welds depend on the type of reinforcement and its particle size. Also it was concluded that the higher values of microhardness in the stir zone are presented by the welds with SiC nanoparticle reinforcement, whereas the lowest by the one with the micro particles of SiC/CNT/Al2O3 reinforcement. Concerning the tensile testing, the welds reinforced with nano SiC and micro SiC/CNT particles display similar behavior on tensile testing, better than the unreinforced weld, whereas the weld with the SiC/CNT/Al2O3 reinforcement presents the worst mechanical properties. Finally, in all the cases fracture happened in the heat affected zone, the location of the minimum hardness value, which proves that the optimum parameters were determined and indirectly that there was a good dispersion of the particles.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	117 σ.
heal.fullTextAvailability	true