FRICTION STIR PROCESSING OF ALUMINUM ALLOY 7075 REINFORCED WITH YTTRIUM OXIDE NANO POWDER

Abstract

ABSTRACT

Friction stir processing (FSP) is a solid-state technique that leverages the principles of Friction stir welding (FSW) to refine microstructures and enhance mechanical properties. This method has gained significant attention in recent years for the fabrication of composites. It can produce multiphase composites by incorporating Yttrium Oxide (Y2O3) in powder form as secondary material during the FSP process. The incorporation of these secondary materials is achieved through various reinforcement strategies, which are crucial for ensuring proper mixing of the materials, controlled volume, and optimal physical and microstructural properties of the composites.

In this context, groove strategies are applied to achieve the desired reinforcement. The main aim of this study was to improve the mechanical properties of Al 7075-T73 using friction stir processing reinforcement with Y2O3 nano-powder with three rotational (710, 900 and 1120 rpm) and travel speeds (55, 70 and 90 mm/min) by using a cylindrical pin geometry with a tilt angle of 2 degrees.

In the process of 7075-T73 aluminum alloys, rotation speed 710 rpm and a travel speed 55 mm/min, and rotation speed 1120 rpm and a travel speed 55 mm/min were selected as optimum parameters in terms of wear rates.

Microhardness decreased with a travel speed of 55 mm/min and increased with 90 mm/min. The sample with a rotation speed of 1120 rpm and a travel speed of 90 mm/min was selected as the optimum parameters in terms of hardness value.

The highest yield strength value (407 MPa) obtained under processing conditions was associated with the specimen with rotation speed, travel speed and elongation percentage of 710 rpm, 55 mm/min and 1.4%, respectively.

Microstructural examinations show tunnels and accumulation of Y2O3 along the edge of the stir zone in some samples. SEM-EDS elemental analysis indicates good mixing in the stir zone and adequate diffusion of particles into Al 7075-T73. The stir zone produced finer grain compared to the base material.

ÖZET

Sürtünme karıştırma işlemi (FSP), mikro yapıları iyileştirmek ve mekanik özellikleri geliştirmek için Sürtünme karıştırma kaynağı (FSW) ilkelerinden yararlanan bir katı hal işleme tekniğidir. Bu yöntem son yıllarda kompozitlerin üretiminde büyük ilgi görmüştür. FSP işlemi sırasında Yitrium Oksit'i (Y2O3) ikincil malzeme olarak toz halinde dahil ederek çok fazlı kompozitler üretebilir. Bu ikincil malzemelerin katılması, uygun şekilde karıştırılması ve kontrollü hacim kompozitlerin optimal fiziksel ve mikroyapısal özelliklerinin sağlanması için çok önemli olan çeşitli mukavemetlendirme stratejileriyle gerçekleştirilir.

Bu bağlamda istenilen takviyeyi elde etmek için oluk stratejileri uygulanır. Bu çalışmanın temel amacı, eğim açısı 2 derece olan silindirik bir pim geometrisi kullanılarak, üç dönme hızına (710, 900 ve 1120 rpm) ve ilerleme hızına (55, 70 ve 90 mm/dak) sahip sürtünme karıştırma işlemi ile Y2O3 nano toz takviyesi kullanarak Al 7075-T73'ün mekanik özelliklerini geliştirmektir.

7075-T73 alüminyum alaşımlarının prosesinde aşınma oranları yönünden dönme hızı 710 rpm ve ilerleme hızı 55 mm/dak ile dönme hızı 1120 rpm ve ilerleme hızı 55 mm/dak optimum parametreler olarak seçilmiştir.

Mikro sertlik 55 mm/dak ilerleme hızıyla azalırken, 90 mm/dak ilerleme hızıyla arttı. Dönme hızı 1120 rpm ve ilerleme hızı 90 mm/dak olan numune, sertlik değeri yönünden optimum numune olarak seçilmiştir.

İşleme koşulları altında elde edilen en yüksek akma mukavemeti değeri (407 MPa), sırasıyla dönme hızı, ilerleme hızı ve uzama yüzdesi 710 rpm, 55 mm/dak ve %1,4 olan numunede elde edilmiştir.

Mikroyapı incelemeleri bazı örneklerde karıştırma bölgesi kenarı boyunca tünelleri ve Y2O3'ün toplandığını göstermektedir. SEM-EDS element analizi, karıştırma bölgesinde iyi bir karışım olduğunu ve partiküllerin Al 7075-T73’e yeterli difüzyonunu gösterir. Karıştırma bölgesi, temel malzemeye kıyasla daha ince tanecik üretmiştir.