마찰 저온 처리

Friction stir processing
마찰 교반 처리의 개략도.가공된 금속은 덴드라이트(회색) 패턴을 변형시키는 높은 변형률에 노출된다. 덴드라이트는 비정형 지역보다 너겟 구역에서 더 작고 둥글다.[1]

마찰 저온 가공(FSP)은 강도 높은 국부적 플라스틱 변형을 통해 금속의 성질을 바꾸는 방법이다.[2]: 7 [3]: 1117 이러한 변형은 비소비성 공구를 공작물에 강제로 삽입하고, 공작물을 통해 횡방향으로 밀 때 휘젓는 동작으로 공구를 회전시킴으로써 발생한다.[2]: 5 [4]이 기법의 전구인 마찰 스레딩 용접은 융접의 일반적인 열영향부를 만들지 않고 여러 개의 금속 조각을 접합하는 데 사용된다.[2]: 5, 7

이상적으로 구현될 때 이 공정은 (융해 또는 기타에 의해) 위상을 변경하지 않고 물질을 혼합하고 미세하고 등축된 곡물로 미세구조를 만든다.[3]: 1117 [4]고각 경계에 의해 분리된 이 균일한 곡물 구조는 일부 알루미늄 합금을 초플라스틱 성질을 띠게 한다.[2]: 7 마찰 저온 가공은 또한 금속의 인장 강도와 피로 강도를 향상시킨다.[3]: 1117 능동적으로 냉각된 마그네슘 알로이 공작물을 사용한 시험에서, 미세 경도는 마찰 저어 처리된 심 부위(120–[5]: 565 130 Vickers 경도)에서 거의 세 배가 되었다.

과정

마찰 저온 처리(FSP)에서는 핀과 어깨로 한 조각의 재료에 대한 회전 공구를 사용하여 1차적으로 개선되는 성질을 가진 두 번째 재료의 미세한 입자를 통해 재료의 미세한 구조의 특정 영역에서 재료의 견고성이나 유연성을 향상시키는 등 구체적인 성질을 향상시킨다.(마)[6] 공구와 공작물의 마찰로 국부적인 난방이 발생하여 공작물을 부드럽게 하고 가소화시킨다.자재가 핀 앞쪽에서 핀 뒤쪽으로 이동하면 가공 재료가 대량 생산된다.이 과정에서 이 물질은 강렬한 플라스틱 변형을 겪게 되고 이로 인해 곡물 미세화가 현저하게 된다. (미슈라)[7] FSP는 물리적 상태를 바꾸지 않고 물리적 성질을 변화시켜 엔지니어들이 "고스트레인 레이트 초플라스틱성" 등을 만들 수 있도록 돕는다.두 번째 재료와 혼합하면서 첫 번째 재료의 특성을 개선하는 기초 재료에서 곡물 정제 작업이 이루어진다.이를 통해 조건을 획득하기 어려운 다른 것들을 위해 다양한 재료가 변경될 수 있다.공정은 가열, 용해 또는 재료의 물리적 상태를 변경하지 않고 서로 다른 재료의 두 조각을 용접하기 위해 동일한 공정을 사용하는 마찰 스레딩 용접(FSW)에서 분리된다.

도구

그 도구는 최종 제품을 만드는 데 중요한 역할을 한다.도구는 두 가지 주요 기능으로 구성된다.

  1. 국부 난방
  2. 물질 흐름

가장 간단한 형태의 공구는 어깨, 지름 50 mm의 작은 실린더, 그리고 드릴과 유사한 작은 나사형 실린더인 핀으로 구성되어 있다.그 도구 자체는 금속이 합병하면서 변질된 부피를 줄이기 위해 수정되었다.최근 두 가지 새로운 핀 기하학적 구조가 생겼다.

  1. Flare-Trifute – 플룻(핀에 수직으로 큰 조각) 소개
  2. A-스큐 – 핀 [8]축이 스핀들 축으로 기울어짐

적용들

FSP는 금속 성질이 첫 번째 금속의 지지와 개선을 위해 다른 금속을 사용하여 개선되기를 원할 때 사용된다.마모, 크리프, 피로에 대한 저항력을 높이기 위해 신소재를 개발해야 할 자동차와 항공우주산업에 유망한 공정이다.(미샤)[7] 마찰 교반 기술을 사용하여 성공적으로 가공된 재료의 예로는 AA 2519, AA 5083 및 AA 7075 알루미늄 합금,[2]: 7–8 AZ61 마그네슘 합금,[5]: 562 니켈-알루미늄 청동[2]: 7 및 304L 스테인리스강을 들 수 있다.[2]: 33

캐스팅

주조에 의해 생산된 금속 부품은 비교적 저렴하지만 다공성, 미세구조적 결함 등 야금적 결함을 겪는 경우가 많다.[9]마찰 저온 가공은 주조 부품에 연마된 미세 구조를 도입하고 많은 결함을 제거하기 위해 사용될 수 있다.[9]주조 금속 부품을 힘차게 저어 균질화하고 곡물 크기를 줄임으로써 연성과 강도를 높인다.[9]

파우더 야금

마찰 저온 가공은 또한 분말 금속 물체의 미세구조적 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다.[10]특히 알루미늄 분말 금속 합금을 취급할 때 각 과립 표면에 있는 산화알루미늄 필름은 공작물의 연성, 피로 특성 및 파괴 강도에 해롭다.[10]이 필름을 제거하는 기존 기법에는 단조, 압출 등이 있지만 국소적인 치료가 필요한 상황에서는 마찰 저온 처리가 적합하다.[10]

금속 매트릭스 복합재 제작

FSP는 또한 우리가 속성 변경이 필요한 너겟 존에서 금속 매트릭스 합성물을 제작하는데 사용될 수 있다.Al 5052/SiC와 일부 다른 합성물은 성공적으로 제작되었다.나노 합성물도 FSP에 의해 제작될 수 있다.

우수한 성질을 가진 알루미늄 표면 복합재

표면 특성이 강화된 알루미늄 표면 복합 재료는 FSP를 사용하여 제작할 수 있다.최적의 마찰 저온 처리 매개변수로 제작된 알루미늄 표면 복합 재료는 더 나은 기계적 특성과 내식성을 보여준다.[11] 툴 회전 속도 및 툴 숄더 직경과 같은 처리 파라미터는 표면 특성에 영향을 미친다.더 높은 표면 경도는 더 높은 공구 회전 속도와 더 낮은 공구 어깨 직경으로 제작된 표면 복합 재료에 의해 나타난다.[12] 복합재료의 성질은 철근의 종류를 변경하여 변경할 수 있다.철근 입자는 곡물 크기의 미세화뿐만 아니라 가공 재료의 특성 향상에 도움을 준다.표면 복합 성질은 최종 용도에 따라 철근 입자를 변경하여 변경할 수 있다.철근 배근 단계는 금속, 세라믹 또는 폴리머 재질일 수 있다.[13] [14]

테스트

MG 기반 나노복합체

FSP는 Mg 합금을 수정하고 나노 크기의 SiO를2 삽입하는 데 사용되었다.이 테스트는 평균 곡물 크기가 0.5~2μm에서 차이가 나면서 총 4회 실시되었다.이것은 Mg의 경도를 거의 두 배로 증가시켰고 또한 초플라스틱성을 증가시켰다.상온에서 FSP 복합체의 항복응력은 1D와 2D 시료에서 개선되어 변형 없이 높은 응력 조건에서 제품 금속의 저항이 더 크다는 것을 의미한다.항복응력과 함께 인장강도가 증가하는 것으로 나타났다.[15]

혜택들

FSP는 두 가지 재료를 혼합해야 할 경우에 이점이 있다."FSP는 미세구조적 정교화 밀도와 동질성을 달성하는 원스텝 가공의 짧은 경로, 솔리드 스테이트 프로세싱 기법" (Ma)[6] FSW는 재료의 수정을 도와 재료의 급격한 하향 조정이나 변경이 일어나지 않도록 돕는다.FSP, 예를 들어, 쉽게.(스미스, Mishra는)[16]"The 미세 구조와 가공 구역의 기계적 성질은 정확하게 도구 설계, FSP매개 변수 최적화에 의해 통제될 수 있는 자료의 금속의 전에 이전하고 그것의 형태와 식히기 위해 주형에 넣었다 합리적인 가질 시트, 한조각의 형태를 바꿀 수 있다. 한능동 냉각/난방 (Ma)[6] 공구를 적절히 개조하여 다양한 상황에 맞게 동일한 금속판을 개조할 수 있다.FSP는 예를 들어 FSP로 수정된 합금이 7도로 구부러지기 전에 30도로 구부릴 수 있을 것처럼 금속 합금을 구부릴 수 있도록 하는 것을 보여주었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Arora, H. S.; Mridha, S.; Grewal, H. S.; Singh, H.; Hofmann, D. C.; Mukherjee, S. (2014). "Controlling the length scale and distribution of the ductile phase in metallic glass composites through friction stir processing". Science and Technology of Advanced Materials. 15 (3): 035011. Bibcode:2014STAdM..15c5011S. doi:10.1088/1468-6996/15/3/035011. PMC 5090532. PMID 27877687.
  2. ^ a b c d e f g Sterling, Colin J. (August 2004), "Effects of Friction Stir Processing on the Microstructure and Mechanical Properties of Fusion Welded 304L Stainless Steel" (PDF), Thesis (MSc), Provo, UT, U.S.: Brigham Young University, Department of Mechanical Engineering, retrieved May 16, 2010, A variation of FSW, called friction stir processing (FSP), uses the same general setup and tools as FSW, but is used to selectively modify the microstructure of materials to enhance specific properties.
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