Friction Stir Welding Of Cryorolled Al 5083 Alloy Optimization Of Process Parameters Using Taguchi Technique

• Main Author: Anuar, Muhammad Firdaus
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2019
• Subjects: T Technology; TA401-492 Materials of engineering and construction. Mechanics of materials
• Online Access: http://eprints.usm.my/46740/1/Friction%20Stir%20Welding%20Of%20Cryorolled%20Al%205083%20Alloy%20Optimization%20Of%20Process%20Parameters%20Using%20Taguchi%20Technique.pdf; http://eprints.usm.my/46740/
• Institution: Universiti Sains Malaysia

Aloi aluminium mempunyai ira halus telah menarik dalam aplikasi struktur kerana sifat mekanikal yang sangat baik. Walau bagaimanapun, halangan terbesar untuk penyambungan aloi Al ira halus menggunakan kimpalan leburan adalah pembesaran saiz ira yang akan mengurangkan sifat mekanikal aloi Al berira halus. Kimpalan geseran teraduk merupakan satu teknik penyambungan yang dikehendaki kerana ia dapat mengekalkan mikrostruktur ira yang halus. Tujuan kajian ini adalah untuk mengkaji parameter proses kimpalan geseran teraduk aloi kriogelekan Al 5083. Sebelum proses kimpalan geseran teraduk, aloi Al 5083 telah di kriogelek sehingga 50 % pengurangan untuk menghasilkan struktur ira yang sangat halus. Daripada corak XRD, aloi Al 5083 yang telah di kriogelek mempunyai saiz kristalit yang lebih kecil (15.85 nm) berbanding dengan aloi Al 5083 yang asal (81.75 nm). Parameter kimpalan geseran teraduk yang dikaji adalah kelajuan putaran (600 rpm, 865 rpm and 1140 rpm) dan sudut condong (1.5˚, 2˚ and 3˚). Teknik Taguchi L9 tatasusunan ortogon telah diaplikasikan untuk menentukan proses parameter yang paling berpengaruh yang mana akan menghasilkan kekerasan yang tertinggi pada zon kimpalan (ZK) berbanding dengan zon terkesan haba (ZTH) dan logam asas (LA). Melalui cara reka bentuk parametrik Taguchi, proses parameter tahap optimum ditentukan dan efek bilangan pas telah dikaji. Pencirian termasuk kekerasan, kekuatan tegangan, kekuatan lenturan dan ujian kakisan. Kekerasan tertinggi pada zon kimpalan (224.21 HV) telah dicapai dalam eksperimen 5 dengan kelajuan putaran 865 rpm dan sudut condong 2˚. Kesan interaksi kelajuan putaran dan sudut condong menunjukkan kekerasan maksimum (63.2 HV, 61.7 HV) pada 865 rpm dan 3˚, kemudian menurun kepada (53.0 HV, 55.8 HV) pada 1140 rpm dan 1˚. Pengurangan pada kekerasan pada 1140 rpm adalah disebabkan kelajuan putaran yang tinggi dan menyebabkan kadar penyejukan menjadi perlahan disebabkan zon kimpalan mencapai suhu yang lebih tinggi, menghasilkan ira yang lebih besar (220 μm) pada 1140 rpm dan ira yang lebih kecil (110 μm) pada 865 rpm. Tren yang sama juga dapat dilihat dalam kekuatan tegangan dan kekuatan lenturan untuk kesan interaksi pada kelajuan putaran dan sudut condong. Pada kelajuan 865 rpm, kekuatan tegangan dan kekuatan lenturan tertinggi (185.43 MPa, 208.26 MPa) telah diperolehi berbanding pada kelajuan 600 rpm dan 1140 rpm disebabkan haba yang mencukupi dalam memastikan aliran bahan yang lancar untuk menggalakkan penyambungan yang baik. Sementara itu, sudut condong 3˚ menunjukkan kekuatan terbaik untuk ketegangan dan kelenturan disebabkan daya tempaan yang tinggi yang menyebabkan ubah bentuk plastik yang tinggi dan ira yang lebih halus. Semua sampel menunjukkan sampel patah dalam keadaan mulur dan rapuh. Berdasarkan nilai nisbah S/N dan purata tertinggi untuk faktor A dan B, keadaan optimum kesuluruhan adalah A2 (865 rpm) dan B3 (3º). Kesan bilangan pas pada sampel optimum menunjukkan dua bilangan pas mempunyai kekerasan (75 HV), kekuatan ketegangan (282.54 MPa) dan kekuatan lenturan yang terbaik tetapi mempunyai kadar kakisan yang paling tinggi (1.816 x 10-2 mm/year). __________________________________________________________________________________ Ultrafine-grained (UFG) Al alloys have attracted great attention for structural applications because of their excellent mechanical properties. However, the major restriction in joining of UFG Al alloys using fusion welding is coarsening of UFG which deteriorates the mechanical properties of the UFG Al alloys. Friction stir welding (FSW) is found to be a desirable joining technique for UFG materials, since it retains the fine grained microstructure. This study was aimed to investigate the FSW process parameter of cryorolled Al 5083 alloy. Prior to FSW process, as received Al 5083 alloy was cryorolled up to 50% reduction to produce UFG structure. From the XRD pattern, the cryorolled Al 5083 alloy has a smaller crystallite size (15.85 nm) compared with as received (81.75 nm). The FSW welding parameters investigated are rotational speed (600 rpm, 865 rpm and 1140 rpm) and tilt angle (1.5˚, 2˚ and 3˚). Taguchi technique L9 orthogonal array was applied to determine the most influential processing parameter which will yield the highest hardness (nugget zone), tensile strength and flexural strength of FSW cryorolled Al 5083 alloy. Through the Taguchi parametric design way, the optimum levels of process parameters were determined and effect number of passes were studied. Characterization include hardness, tensile strenth, flexural strength and corrosion test. In microhardness study, all the experiments show the highest hardness at the nugget zone (NZ) compared to heat affected zone (HAZ) and base metal (BM). The highest hardness in NZ (224.21 HV) was achieved in experiment 5 with rotational speed of 865 rpm and tilt angle of 2˚. The interaction effect of rotational speed and tilt angle showed that the hardness maximum (63.2 HV, 61.7 HV) at 865 rpm and 3˚, then decreased to (53.0 HV, 55.8 HV) at 1140 rpm and 1˚. Decreasing in hardness at 1140 rpm is due to high rotational speed and, cooling rate become slower as NZ reach higher temperature, thus produces coarser grain (220 μm) at 1140 rpm and smaller grain (110 μm) at 865 rpm. The same trends were observed in tensile and flexural strength for the interaction effect of rotational speed and tilt angle. At 865 rpm the highest tensile strength and flexural strength (185.43 MPa, 208.26 MPa) was obtained as compared to 600 rpm and 1140 rpm due to sufficient heat which ensure smooth material flow to promote good joining. While, the tilt angle of 3˚showed the best strength for tensile and flexural due to high forging force which caused high plastic deformation and finer grain. All the samples showed ductile and brittle mode of fracture. Based on the highest values of the S/N ratio and mean levels for the significant factors A and B, the overall optimum condition obtained were A2 (865 rpm) and B3 (3º). The effect of number of passes on optimized samples showed that two number of passes have the highest value of hardness (75 HV), tensile strength (282.54 MPa) and flexural strength (307.13 MPa) but the highest corrosion rate (1.816 x 10-2 mm/year).