Sürtünme karıştırma kaynağı yapılmış Cu/Al-1050 alın birleştirmesinin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Investigation of microstuctural and mechanical properties of friction stir welded Cu/Al-1050 butt joint

Özet

Bu çalışmada, saf bakır (Cu) ve alüminyum (Al-1050) levhaların, 515 min-1 sabit takım devir hızında ve farklı kaynak hızlarında sürtünme karıştırma kaynağıyla alın-alına birleştirilebilirlikleri incelenmiştir. En düşük kaynak hızında (12 mm min-1) başarılı bir Cu/Al-1050 birleştirmesi elde edilebilirken, kaynak hızının 30 ve 50 mm min-1 e artmasıyla oldukça zayıf birleştirmeler gerçekleşmiştir. Bu nedenle çalışmada, 12 mm min-1 kaynak hızındaki birleştirmenin mikroyapı karakterizasyonu yapılmış ve mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Bu birleştirmede optik ve taramalı elektron mikroskobunda mikroyapı incelemeleri ile enerji dağılımlı X-ışınları spektroskopisi (EDS), X-ışınları difraksiyonu (XRD), çekme testi ve mikrosertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemeleri ve EDS analizleri, karışım bölgesinin alüminyumca zengin ve bakırca zengin yapıları içerdiğini göstermiştir. Kaynak bölgesinin XRD incelemelerinde, AlCu, $Al _2Cu _3,$, $AlCu _4$ ve $Al _4Cu _9$ metaller arası bileşiklerin varlığı tespit edilmiştir. İmaj analiz programıyla bakırca zengin fazların karışım bölgesindeki hacimsel oranının yaklaşık %32 olduğu hesaplanmıştır. Çekme testi sonuçları, Cu/Al-1050 birleştirmesinin çekme mukavemetinin Cu ana metalinkinden %50, Al-1050 ana metalinkinden ise %24 düşük olduğunu göstermiştir. Mikrosertlik ölçümlerinde ise, karışım bölgesindeki sertliklerin ana metallere göre arttığı ve 74–280 HV arasında değiştiği görülmüştür.

Abstract

In this study, the weldability of pure copper (Cu) plate to aluminum (Al-1050) plate has been investigated at a constant tool rotation speed of 515 rpm and different weld speeds by friction stir welding. While a relatively sound Cu/Al-1050 joint was achieved at the lowest weld speed (12 mm $min^ {-1}$), very poor joints were obtained at the higher weld speeds (30 and 50 mm $min^ {-1}$). Therefore in this study, microstructural characterization and mechanical properties of the joint at weld speed of 12 mm min-1 were evaluated. Microstructure investigations by optical microscope and scanning electron microscope, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), tensile test and microhardness measurements were carried out in this joint. Microstructure inspections and EDS analysis revealed that the stir zone of the joint consisted of aluminum-rich and copper-rich structures. AlCu, $Al _2Cu _3,$ $AlCu _4$ and $Al _4Cu _9$ intermetallic compounds were detected in the weld region by XRD. Volume fraction of copper-rich phases in the stir zone was calculated by image analysis software which is approximately 32%. Tensile test results show that the tensile strength of Cu/Al-1050 joint lower 50% and 24% than that of Cu base metal and Al-1050 base metal, respectively. It was observed that hardness’s in the stir zone increased when compared to the base metals and varied between 74 HV and 280 HV.