JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
공학

יצירת מפרקים הברכיים באמצעות חיכוך מערבבים ריתוך ספוט על DP780 פלדה

Published: August 13, 2019
doi:
10.3791/58633
,
1Department of Health and Beauty,Shu Zen College of Medicine and Management, 2Department of Mold and Die Engineering,National Kaohsiung University of Science and Technology

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

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 הגיאומטר?…

Representative Results

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. באי?…

Discussion

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 …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

anvil MIRDC made by MIRDC
DP780 China steel Corporation CSC DP780
stir spot welder machine MIRDC made by MIRDC
tool pin KINIK COMPANY DBN2B005B
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. . Mazda Develops World’s First Aluminum Joining Technology Using Friction Heat Available from: https://www2.mazda.com/en/publicity/release/archive/2003/200302/0227e.html (2003)
  2. Piccini, J. M., Svoboda, H. G. Effect of pin length on Friction Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar Aluminum-steel joints. Procedia Materials Science. 9, 504-513 (2015).
  3. Iwashita, T. . Method and Apparatus for joining. , (2003).
  4. Allen, C. D., Arbegast, W. J. Evaluation of Friction Spot Welds in Aluminium Alloys. SAE Technical. , (2005).
  5. Feng, Z., et al. . Friction Stir Spot Welding of Advanced HighStrength Steels – a Feasibility Study. , (2005).
  6. Miles, M. P., Nelson, T. W., Steel, R., Olsen, E., Gallagher, M. Effect of friction stir welding conditions on properties and microstructures of high strength automotive steel. Science and Technology of Welding and Joining. 14 (3), 228-232 (2009).
  7. Feng, Z., et al. Friction stir spot welding of advanced high-Strength steels-a feasibility study. SAE Technical Paper Series 2005-01-1248. , (2005).
  8. Santella, M., Hovanski, Y., Frederick, A., Grant, G., Dahl, M. Friction stir spot welding of DP780 carbon steel. Science and Technology of Welding and Joining. 15 (4), 271-278 (2010).
  9. Saunders, N., et al. Joint strength in high speed friction stir spot welded DP 980 steel. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 15 (5), 841-848 (2014).
  10. Khan, M. I., et al. Resistance and friction stir spot welding of DP600: a comparative study. Science and Technology of Welding and Joining. 12 (2), 175-182 (2007).
  11. Sarkar, R., Sengupta, S., Pal, T. K., Shome, M. Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Spot-Welded IF/DP Dissimilar Steel Joints. Metallurgical and Materials Transactions A. 46 (11), 5182-5200 (2015).
  12. Yang, X. W., Fu, T., Li, W. Y. Friction Stir Spot Welding: A Review on Joint Macro- and Microstructure, Property, and Process Modelling. Advances in Materials Science and Engineering. 2014, 11 (2014).
  13. Esther, T. A., Stephen, A. A., DebRoy, T., et al. Trends in Welding Research 2012: Proceedings of the 9th International Conference. Materials Characterisation of Friction Stir Processed 6082 Aluminum Alloy. , 548-551 (2012).
  14. Ghosh, P. K., et al. Influence of Weld Thermal Cycle on Properties of Flash Butt Welded Mn-Cr-Mo Dual Phase Steel. ISIJ International. 33 (7), 807-815 (1993).
  15. Schultz, R. A. . Metallic materials trends for north American light vehicles. , (2007).
  16. Horvath, C. . Material challenges facing the automotive and steel industries from globalization. , (2007).
  17. Pouranvari, M., Marashi, S. P. H. Critical review of automotive steels spot welding: process, structure and properties. Science and Technology of Welding and Joining. 18 (5), 361-403 (2013).
  18. Khan, M. S., et al. Welding behaviour, microstructure and mechanical properties of dissimilar resistance spot welds between galvannealed HSLA350 and DP600 steels. Science and Technology of Welding and Joining. 14 (7), 616-625 (2009).
  19. Ma, C., et al. Microstructure and fracture characteristics of spot-welded DP600 steel. Materials Science and Engineering: A. 485 (1), 334-346 (2008).
  20. Hilditch, T. B., Speer, J. G., Matlock, D. K. Effect of susceptibility to interfacial fracture on fatigue properties of spot-welded high strength sheet steel. Materials & Design. 28 (10), 2566-2576 (2007).
  21. Yan, B., Zhu, H., Lalam, S. H., Baczkowski, S., Coon, T. Spot Weld Fatigue of Dual Phase Steels. SAE Technical Paper Series 2004-01-0511. , (2004).
  22. Wilson, R. B., Fine, T. E. Fatigue behavior of spot welded high strength joints. SAE Technical Paper Series 1981-02-01. , (1981).
  23. Sun, X., Stephens, E. V., Khaleel, M. A. Effects of fusion zone size and failure mode on peak load and energy absorption of advanced high strength steel spot welds under lap shear loading conditions. Engineering Failure Analysis. 15 (4), 356-367 (2008).
  24. Pouranvari, M., Mousavizadeh, S. M., Marashi, S. P. H., Goodarzi, M., Ghorbani, M. Influence of fusion zone size and failure mode on mechanical performance of dissimilar resistance spot welds of AISI 1008 low carbon steel and DP600 advanced high strength steel. Materials & Design. 32 (3), 1390-1398 (2011).
  25. Hsu, T. -. I., Wu, L. -. T., Tsai, M. -. H. Resistance and friction stir spot welding of dual-phase (DP 780)—a comparative study. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. , (2018).
  26. Piccini, J. M., Svoboda, H. G. Effect of the tool penetration depth in Friction Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar aluminum alloys. Procedia Materials Science. 8, 868-877 (2015).
  27. Aissani, M., Gachi, S., Boubenider, F., Benkedda, Y. Design and Optimization of Friction Stir Welding Tool. Materials and Manufacturing Processes. 25 (11), 1199-1205 (2010).
  28. Zhang, Y. N., Cao, X., Larose, S., Wanjara, P. Review of tools for friction stir welding and processing. Canadian Metallurgical Quarterly. 51 (3), 250-261 (2013).
  29. Nandan, R., DebRoy, T., Bhadeshia, H. K. D. H. Recent advances in friction-stir welding – Process, weldment structure and properties. Progress in Materials Science. 53 (6), 980-1023 (2008).
  30. Tang, W., Guo, X., McClure, J., Murr, L., Nunes, A. C. . Heat Input and Temperature Distribution in Friction Stir Welding. 7, (1998).

Tags

Friction Stir Spot WeldingDP780 SteelLap JointsWeight ReductionAutomotive IndustryAHSSProcess ReliabilityResistance Spot WeldingZ-axial ForcePenetration DepthTool Pin Rotation SpeedDwell TimePlunge RateWork Piece ContaminationMicrofiber FabricsClamping ForceNon-rotating Clamping Ring

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Hsu, T., Tsai, M. Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel. J. Vis. Exp. (150), e58633, doi:10.3791/58633 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image