Investigation of Joinability Of 25% Recycled Al6016 Sheets by Friction Stir Butt Welding at Different Tool Rotation Speed
Öz
In this study, 2 mm thick Al6016 aluminum sheets containing 25% recycled material, commonly used in automotive body and chassis components, were joined using the friction stir welding (FSW) method in a butt joint configuration. Welding was performed on a mold milling machine using a conical tool made of 2379 grade steel, hardened to 62–64 HRC. Constant process parameters included a welding speed of 400 mm/min, tool plunge depth of 1.8 mm, shoulder diameter of 15 mm, and tool tilt angle of 90°. Tool rotation speeds were varied as 600, 1200, 1800, 2400, 3000, and 3600 rpm. Heat input was calculated for each condition. Mechanical performance of the joints was evaluated through tensile, bending, and hardness tests. Macro and microstructural examinations were also conducted, including fracture surface analysis. The highest tensile strength (214 MPa) was obtained at 1800 rpm, while the lowest (83 MPa) occurred at 600 rpm. In bending tests, no fractures were observed at 2400 and 3000 rpm, indicating good ductility and joint integrity. The highest hardness in the weld zone was 97.4 Hv, measured at 600 rpm. Macrostructural observations showed full penetration at all rotation speeds. Microstructural analysis revealed progressive grain refinement from the base metal toward the stir zone, confirming effective plastic deformation and recrystallization. The results demonstrate that tool rotation speed significantly affects joint quality. Optimal mechanical properties were achieved at intermediate speeds, particularly 1800 rpm, highlighting its potential for automotive applications involving recycled Al6016 sheets.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- E. Özdemi̇r, B. Ercan, Avrupa Yeşil mutabakatının enerji sektörüne ve otomotiv endüstrisine etkileri ve sonuçları, EJOSAT, 190-202 (2023), https://doi: 10.31590/ejosat.1280352.
- A.W. El-Morsy, M. Ghanem, H. Bahaitham, Effect of friction stir welding parameters on the microstructure and mechanical properties of AA2024-T4 Aluminum Alloy, Engineering, Technology & Applied Science Research, 8 (2018) 2493-2498, https://doi: 10.48084/etasr.1704.
- S.S. Yılmaz, B.S. Ünlü, M. Uzkut, D. Ertürk, Alüminyum alaşımlarında sürtünme karıştırma kaynağı ve uygulamaları, Mühendis ve Makina, 57 (2016) 676.
- C. Meran, M. Colak, Tool holder design for friction stir welding, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (2008) 671-679.
- B. Çevik, Y. Ozcatalbas, I. Uygur, 7075 Alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesi, International Conference on Welding Technologies and Exhibition, May 2012, 396-376.
- I. Charit R.S. Mishra, Low temperature superplasticity in a friction-stir-processed ultrafine grained Al–Zn–Mg–Sc alloy, Acta Materialia, 53(15) (2005) 4211-4223.
- J. Gronostajski, H. Marciniak, A. Matuszak, New methods of aluminium and aluminium-alloy chips recycling, Journal of Materials Processing Technology, 106(1) (2000) 34-39.
- Y. Li, L.E. Murr, J.C. McClure, Flow visualization and residual microstructures associated with the friction-stir welding of 2024 aluminum to 6061 aluminum, Materials Science and Engineering: A, 271 (1999) 213-223.
- Ş. Mert, S. Mert, Sürtünme karıştırma nokta kaynak yönteminin incelenmesi”, Düzce University Journal Of Science And Technology, 2 (2013) 26-35.
- M. Peel, A. Steuwer, M. Preuss, P.J. Withers, Microstructure, mechanical properties and residual stresses as a function of welding speed in aluminium AA5083 friction stir welds, Acta Materialia, 51(16) (2003) 4791-4801, https://doi: 10.1016/S1359-6454(03)00319-7.
- S. Malopheyev, I. Vysotskiy, V. Kulitskiy, S. Mironov, R. Kaibyshev, Optimization of processing-microstructure-properties relationship in friction-stir welded 6061-T6 aluminum alloy, Materials Science and Engineering: A, 662 (2016) 136-143.
- Z. Barlas, The ınfluence of tool tilt angle on 1050 aluminum lap joint in friction stir welding process, Acta Physica Polonica A, 132(2017) 679-681.
- Z. Barlas, U. Ozsarac, Effects of FSW parameters on joint properties of AlMg3 alloy, Welding journal, 91 (2012) 16-22.
- D.De Caro et al., Effect of recycling on the mechanical properties of 6000 series aluminum-alloy sheet, Materials, 16 (2023) 6778, https://doi: 10.3390/ma16206778.
- H. Dawood et al., Effect of friction stir welding on microstructure and mechanical properties of the 6061 aluminium alloy/15vol % SiC p reinforcement, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 870, (2020) 012162, https://doi: 10.1088/1757-899X/870/1/012162.
- G. Çam, Friction stir welding: A novel welding technique developed for al-alloys, 46 (2005) 30-39.
- M. Ahmed, B. Wynne, W. Rainforth, A. Addison, J. Martin, P. Threadgill, Effect of tool geometry and heat input on the hardness, grain structure, and crystallographic texture of thick-section friction stir-welded aluminium, Metallurgical and Materials Transactions A, 50 (2018) 271-284.
- A. Şik, İ. Ertürk, M. Önder, A study ınto effects of different parameters on mechanical properties in friction stir welding of AA 2024 aluminium alloy, Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 16(2) (2010) 139-147.
- Ç. Batuk, H. Demirtaş, Sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmiş 6061 alüminyum alaşımlı sacların mekanik özellikler yönünden incelenmesi, Manufacturing Technologies and Applications, 4(3) (2023) 167-178, https://doi: 10.52795/mateca.1393930.
%25 Geri Dönüştürülmüş Al6016 Sacların Sürtünme Karıştırma Alın Kaynağı İle Farklı Takım Devir Hızlarında Birleştirilebilirliğinin İncelenmesi
Öz
Bu çalışmada, otomotiv gövde ve şasi parçalarında yaygın olarak kullanılan, %25 geri dönüştürülmüş malzeme içeren 2 mm kalınlığındaki Al6016 alüminyum levhalar, alın birleştirme konfigürasyonunda sürtünme karıştırma kaynağı (FSW) yöntemiyle birleştirilmiştir. Kaynak işlemi, yüzey sertliği 62–64 HRC’ye kadar artırılmış konik geometrili 2379 kalite çelikten üretilmiş bir takım ile kalıp freze tezgahında gerçekleştirilmiştir. Süreç parametrelerinden kaynak ilerleme hızı (400 mm/dak), takım daldırma derinliği (1.8 mm), omuz çapı (15 mm) ve takım eğim açısı (90°) sabit tutulmuştur. Takımın dönme hızı ise 600, 1200, 1800, 2400, 3000 ve 3600 dev/dak olacak şekilde değiştirilmiştir. Her hız için ısı girdisi hesaplanmıştır. Birleştirme kalitesi, çekme, eğme ve sertlik testleriyle değerlendirilmiştir. Ayrıca makro ve mikro yapısal incelemeler ile kırılma yüzey analizleri gerçekleştirilmiştir. En yüksek çekme dayanımı (214 MPa) 1800 dev/dak’ta elde edilirken, en düşük değer (83 MPa) 600 dev/dak’ta gözlemlenmiştir. Eğme testlerinde 2400 ve 3000 dev/dak’ta kırılma oluşmamış, bu da iyi süneklik ve kaynak bütünlüğü göstermiştir. Kaynak bölgesinde en yüksek sertlik 97.4 Hv ile 600 dev/dak’ta ölçülmüştür. Makroyapısal gözlemler, tüm dönme hızlarında tam nüfuziyet olduğunu göstermiştir. Mikroyapı incelemeleri, temel metalden kaynak bölgesine doğru ilerledikçe tane boyutunun inceldiğini ve etkin plastik deformasyon ile dinamik yeniden kristalleşmenin gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Sonuçlar, takım dönme hızının birleştirme kalitesi üzerinde önemli etkileri olduğunu göstermektedir. Özellikle 1800 dev/dak’ta elde edilen mekanik performans, geri dönüştürülmüş Al6016 levhaların otomotiv uygulamalarında kullanım potansiyelini desteklemektedir.
Anahtar Kelimeler
Destekleyen Kurum
Akpres Metal Yedek Parça Mak. San. Ve Tic. A.Ş.,
Teşekkür
Desteklerinden dolayı Ak-Pres Otomotiv A.Ş.'ye teşekkürler.
Kaynakça
- E. Özdemi̇r, B. Ercan, Avrupa Yeşil mutabakatının enerji sektörüne ve otomotiv endüstrisine etkileri ve sonuçları, EJOSAT, 190-202 (2023), https://doi: 10.31590/ejosat.1280352.
- A.W. El-Morsy, M. Ghanem, H. Bahaitham, Effect of friction stir welding parameters on the microstructure and mechanical properties of AA2024-T4 Aluminum Alloy, Engineering, Technology & Applied Science Research, 8 (2018) 2493-2498, https://doi: 10.48084/etasr.1704.
- S.S. Yılmaz, B.S. Ünlü, M. Uzkut, D. Ertürk, Alüminyum alaşımlarında sürtünme karıştırma kaynağı ve uygulamaları, Mühendis ve Makina, 57 (2016) 676.
- C. Meran, M. Colak, Tool holder design for friction stir welding, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (2008) 671-679.
- B. Çevik, Y. Ozcatalbas, I. Uygur, 7075 Alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesi, International Conference on Welding Technologies and Exhibition, May 2012, 396-376.
- I. Charit R.S. Mishra, Low temperature superplasticity in a friction-stir-processed ultrafine grained Al–Zn–Mg–Sc alloy, Acta Materialia, 53(15) (2005) 4211-4223.
- J. Gronostajski, H. Marciniak, A. Matuszak, New methods of aluminium and aluminium-alloy chips recycling, Journal of Materials Processing Technology, 106(1) (2000) 34-39.
- Y. Li, L.E. Murr, J.C. McClure, Flow visualization and residual microstructures associated with the friction-stir welding of 2024 aluminum to 6061 aluminum, Materials Science and Engineering: A, 271 (1999) 213-223.
- Ş. Mert, S. Mert, Sürtünme karıştırma nokta kaynak yönteminin incelenmesi”, Düzce University Journal Of Science And Technology, 2 (2013) 26-35.
- M. Peel, A. Steuwer, M. Preuss, P.J. Withers, Microstructure, mechanical properties and residual stresses as a function of welding speed in aluminium AA5083 friction stir welds, Acta Materialia, 51(16) (2003) 4791-4801, https://doi: 10.1016/S1359-6454(03)00319-7.
- S. Malopheyev, I. Vysotskiy, V. Kulitskiy, S. Mironov, R. Kaibyshev, Optimization of processing-microstructure-properties relationship in friction-stir welded 6061-T6 aluminum alloy, Materials Science and Engineering: A, 662 (2016) 136-143.
- Z. Barlas, The ınfluence of tool tilt angle on 1050 aluminum lap joint in friction stir welding process, Acta Physica Polonica A, 132(2017) 679-681.
- Z. Barlas, U. Ozsarac, Effects of FSW parameters on joint properties of AlMg3 alloy, Welding journal, 91 (2012) 16-22.
- D.De Caro et al., Effect of recycling on the mechanical properties of 6000 series aluminum-alloy sheet, Materials, 16 (2023) 6778, https://doi: 10.3390/ma16206778.
- H. Dawood et al., Effect of friction stir welding on microstructure and mechanical properties of the 6061 aluminium alloy/15vol % SiC p reinforcement, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 870, (2020) 012162, https://doi: 10.1088/1757-899X/870/1/012162.
- G. Çam, Friction stir welding: A novel welding technique developed for al-alloys, 46 (2005) 30-39.
- M. Ahmed, B. Wynne, W. Rainforth, A. Addison, J. Martin, P. Threadgill, Effect of tool geometry and heat input on the hardness, grain structure, and crystallographic texture of thick-section friction stir-welded aluminium, Metallurgical and Materials Transactions A, 50 (2018) 271-284.
- A. Şik, İ. Ertürk, M. Önder, A study ınto effects of different parameters on mechanical properties in friction stir welding of AA 2024 aluminium alloy, Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 16(2) (2010) 139-147.
- Ç. Batuk, H. Demirtaş, Sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmiş 6061 alüminyum alaşımlı sacların mekanik özellikler yönünden incelenmesi, Manufacturing Technologies and Applications, 4(3) (2023) 167-178, https://doi: 10.52795/mateca.1393930.
Ayrıntılar
| Birincil Dil | İngilizce |
|---|---|
| Konular | Kaynak Teknolojileri |
| Bölüm | Araştırma Makaleleri |
| Yazarlar | |
| Erken Görünüm Tarihi | 30 Nisan 2025 |
| Yayımlanma Tarihi | |
| Gönderilme Tarihi | 19 Eylül 2024 |
| Kabul Tarihi | 1 Aralık 2024 |
| Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 6 Sayı: 1 |
