Cu-Al levhaların sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesinde optimum kaynak parametrelerinin belirlenmesi

Abstract

Alüminyum (Al) ve bakır (Cu), yaygın olarak uçak-uzay, otomotiv, kimya, nükleer, elektrik-elektronik ve enerji sektörlerinde kullanılan iki yaygın mühendislik malzemesidir. Farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip saf Cu ve Al-1050 alüminyum alaşımının ergitme kaynak yöntemleri ile birleştirilmesi bazı zorluklara yol açmaktadır, özellikle kaynak bölgesinin mekanik özellikleri üzerine olumsuz etki etmektedir. Bu yüzden bu farklı malzemelerin birleştirilmesinde, katı hal kaynak yöntemlerinden biri olan sürtünme karıştırma kaynağı (SKK) ile birleştirilmesi üzerine yapılan deneysel bir çalışmadır. Bu çalışmada, alüminyum alaşımı (Al-1050) ve ticari saf bakır (Cu) levhalar üç farklı dönme hızında (525, 1025, 1525 dev/dak), üç farklı takım ilerleme hızında (50, 75, 100 mm/dak) ve iki farklı takım konumlandırmasında (0.75-1.5 mm) sürtünme karıştırma kaynağı (SKK) ile birleştirilmiştir. Bu birleştirmede taramalı elektron mikroskobunda (SEM) mikroyapı incelemeleri ile X-ışınları difraksiyonu (XRD), çekme testi ve mikrosertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemeleri, karışım bölgesinin alüminyumca zengin ve bakırca zengin yapıları içerdiğini göstermiştir. Kaynak bölgesinin XRD analizlerinde, Al2Cu3, Al4Cu9 ve Al0.0565Cu0.9434 metaller arası bileşiklerin varlığı tespit edilmiştir. Çekme testi sonuçları, en iyi Cu/Al-1050 birleştirmesinin çekme mukavemetinin Cu ana metalinkinden %62, Al-1050 ana metalinkinden ise %14 düşük olduğunu göstermiştir. Mikrosertlik ölçümlerinde ise, karışım bölgesindeki sertliklerin ana metallere göre arttığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Sürtünme karıştırma kaynağı (SKK), Cu/Al alın birleştirmesi, mekanik özellikler, optimum kaynak parametreleri, alüminyum alaşımı (Al-1050), ticari saf bakır (Cu)

Aluminum (Al) and copper (Cu) are two common engineering materials widely used in the aerospace, automotive, chemical, nuclear, electricity-electronics and energy industries. The joining of pure Cu and Al-1050 Al alloy, which possess different physical and chemical properties with the fusion welding methods leads to some difficulties, which particularly has negative effect on the mechanical properties of the weld. Therefore the joining of these different materials with friction stir welding (FSW), which is a solid state welding technique, is experimentally studied in this work. In this study, 1050 aluminum alloy and commercially pure copper sheets were welded at three different tool rotation speeds (525, 1025, 1525 rev/min), using three different tool travel speeds (50, 75, 100 mm/min) and two different pin positions (0.75, 1.5 mm) by FSW. Microstructure investigations by scanning electron microscope, X-ray diffraction (XRD), tensile test and microhardness measurements were carried out of these joints. Microstructural inspections revealed that the stir zone of the joint consisted of aluminum-rich and copper-rich structures. Al2Cu3, Al4Cu9 and Al0.0565Cu0.9434 intermetallic compounds were detected in the weld region by XRD. Tensile test results show that the best tensile strength of Cu/Al-1050 joint is 62% and 14% lower 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 that of base metals. Key Words: Friction stir welding (FSW), Cu/Al butt joint, mechanical properties, optimum welding parameters, aluminum alloy (Al-1050), commercial pure copper (Cu)