Experimental study and response surface methodology for investigation of FSP process

• Autorzy: Węglowski M. S.

Identyfikatory

DOI

10.2478/meceng-2014-0031

Warianty tytułu

PL

Badanie procesu FSP poprzez badania doświadczalne i metodę powierzchni odpowiedzi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the effect of rotational and travelling speed and down force on the spindle torque acting on the tool in Friction Stir Processing (FSP) process. The response surface methodology (RSM) was applied to find a dependence combining the spindle torque acting on the tool with the rotational speed, travelling speed and the down force. The linear and quadratic models with interaction between parameters were used. A better fitting was achieved for a quadratic model. The studies have shown that the increase in rotational speed causes a decrease in the torque while the increase in travelling speed and down force causes an increase in the torque. The tests were conducted on casting aluminium alloy AlSi9Mg. Metallography examination has revealed that the application of FSP process results in a decrease in the porosity in the modified material and microstructure refining in the stir zone. The segregation of Si and Fe elements was evident in the parent material, while in the friction stir processed area this distribution was significantly uniform.

PL

W pracy przedstawiono wpływ prędkości obrotowej i przesuwu narzędzia oraz siły docisku na moment obrotowy działający na narzędzia w procesie tarciowej modyfikacji z mieszaniem materiału (FSP). Do wyznaczenia zależności pomiędzy momentem a prędkościami obrotową i przesuwu oraz siłą docisku wykorzystano metodę powierzchni odpowiedzi. Wykorzystano modele liniowy i kwadratowy uwzględniające interakcje pomiędzy parametrami wejściowymi. Lepsze dopasowanie zapewnił model kwadratowy. Wyniki badań wykazały, iż wzrost prędkości obrotowej narzędzia powoduje zmniejszenie momentu działającego na narzędzie, natomiast wzrost prędkości przesuwu i siły docisku powoduje wzrost momentu. Badania były przeprowadzone na odlewniczym stopie aluminium AlSi9Mg. Badania metalograficzne ujawniły, że zastosowanie procesu FSP powoduje rozdrobnienie ziarna oraz redukcję porowatości w obszarze mieszania. Wyraźna segregacja Si i Fe w materiale rodzimym została wyeliminowana, a rozkład pierwiastków jest bardziej jednorodny.

Słowa kluczowe

EN

friction stir processing; aluminum alloy; response surface methodology

PL

proces tarcia z przemieszaniem; stop aluminium; metodologia powierzchni odpowiedzi

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. LXI, nr 4
• Strony: 539--552
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Węglowski M. S.

• Department of the Testing of Materials Weldability and Welded Construction, Institute of Welding, Bl. Czeslawa Str. 16-18, Gliwice 44-100

Bibliografia

• [1] Ma Z.Y., Sharma S.R., Mishra R.S.: Microstructural Modification of As-Cast Al-Si-Mg Alloy by Friction Stir Processing. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science 37 (2006) 3323-3336.
• [2] Oh-Ishi K., McNelley T.R.: The Influence of Friction Stir Processing Parameters on Microstructure of As-Cast NiAl Bronze. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science 36 (2005) 1575-1585.
• [3] Węglowski M.St.: Technologia Friction Stir Processing – nowe możliwości. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa 55 (2011) 25-31.
• [4] Węglowski M.St., Dymek S.: Microstructural modification of cast aluminium alloy AlSi9Mg via Friction Modified Processing. Archives of Metallurgy and Materials 57 (2012) 71-78.
• [5] Węglowski M.St., Pietras A.: Friction Stir Processing – analysis of the process. Archives of Metallurgy and Materials 56 (2011) 779-788.
• [6] Schmidt H., Hattel J., Wert J.: An analytical model for the heat generation in friction stir welding. Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering 12 (2004) 143-157.
• [7] Węglowski M.St., Hamilton C., Dymek S.: A coupled thermal/material flow model of friction stir surfacing applied to AlMg9Si. Materials Engineering 34 (2013) 201-204.
• [8] Cui G.R., Ma Z.Y., Li S.X.: Periodical plastic flow pattern in friction stir processed Al-Mg alloy. Scripta Materialia 58 (2008) 1082-1085.
• [9] Kopuściański M., Węglowski M.St., Pietras A., Węglowska A., Hamilton C., Dymek S.: Friction Stir processing as a fabricating route of dispersion strengthened aluminum alloys. Materials Engineering 34 (2013) 303-305.
• [10] Paradiso V., Astarita A., Carrino L. et al.: Numerical optimization of selective superplastic forming of friction stir processed AZ31 Mg alloy. Key Engineering Materials 554-557 (2013) 2212-2220.
• [11] Lakshminarayanan A.K., Balasubramanian V.: Comparison of RSM with ANN in predicting tensile strength of friction stir welded AA7039 aluminium alloy joints. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 19 (2009) 9-18.
• [12] Myers R.H., Montgomery D.C., Anderson-Cook Ch.M.: Response Surface Methodology. Process and product optimization using design experiments. New York, Wiley, 2009.
• [13] Arora A., Nandan R., Reynolds A.P., DebRoy T.: Torque, power requirement and stir zone geometry in friction stir welding through modelling and experiments. Scripta Materialia 60 (2009) 13-16.