อิทธิพลของการอบคืนตัวต่อการเชื่อมแบบแรงเสียดทานเหล็กกล้า AISI 1045

Abstract

การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน เป็นการเชื่อมอีกวิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในวงการอุตสาหกรรม เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น ไม่ต้องการตัวประสานในการเชื่อม ไม่เกิดควัน รอยเชื่อมมีคุณภาพดีเสมอเต็มหน้า ไม่มีรูพรุน ใช้เวลาในการเชื่อมสั้น เป็นต้น แต่เนื่องจากขณะเชื่อมเกิดความร้อนสูงขึ้นบริเวณรอยเชื่อม จึงส่งผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของเหล็กบริเวณรอยเชื่อมซึ่งมีผลโดยตรงต่อสมบัติทางกล งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของกระบวนการทางความร้อนที่มีผลต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้า AISI1045 หลังการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน ทำการทดลองโดยนำวัสดุเหล็กกล้า AISI 1045ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตรไปผ่านกรรมวิธีอบชุบแบบ อบอ่อนสมบูรณ์ อบคืน และที่ไม่ผ่านกรรมวิธีอบชุบจากนั้นทำการเชื่อมภายใต้แรงดันในการอัด 20, 30,และ 40 บาร์ เวลาในการอัด 2, 3 และ 4 วินาที กำหนดความเร็วรอบในการเชื่อม 1,800 รอบต่อนาที นำชิ้นงานที่ได้ไปทดสอบแรงดึง ความแข็งบริเวณรอยเชื่อม และตรวจสอบโครงสร้างมหภาคโครงสร้างจุลภาคที่บริเวณรอยเชื่อม ผลการทดลองพบว่ากระบวนการทางความร้อนมีอิทธิพลต่อค่าความแข็งและค่าความต้านทานแรงดึง ชิ้นงานที่ผ่านการอบอ่อนก่อนการเชื่อมส่งผลให้ค่าความต้านทานแรงดึงลดลง แต่ค่าความแข็งบริเวณรอยเชื่อมเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ผ่านกรรมวิธีอบชุบ ในขณะที่ชิ้นงานที่ผ่านการอบคืนตัวก่อนการเชื่อมส่งผลให้ค่าความต้านทานแรงดึง และค่าความแข็งบริเวณรอยเชื่อมสูงขึ้น โดยชิ้นงานที่ผ่านการอบคืนตัวก่อนการเชื่อมที่แรงดันในการอัด 20 บาร์ เวลาในการอัด 2วินาที มีสมบัติทางกลดีที่สุด มีค่าความต้านทานแรงดึงเท่ากับ 525.6 เมกะปาสกาล ค่าความแข็งบริเวณ รอยเชื่อมเท่ากับ 487.85HV ในส่วนของโครงสร้างจุลภาคพบว่าเกรนของเหล็กที่บริเวณรอยเชื่อมชิ้นงานที่ผ่านการอบคืนตัวมีเกรนที่ละเอียดมากกว่าชิ้นงานที่ผ่านการอบอ่อนสมบูรณ์และชิ้นงานปกติ จึงส่งผลทาโครงสร้างมีความแข็งมากกว่า

Friction Stir Welding has been widely used in many industries because of many advantages such as no filler metal required, no smoke, good uniform-welding surface quality, no porosity, and short welding time. However, due to very high heat generated during the welding process, microstructure change occurs around the welding area and this directly affects the mechanical properties of the welding materials. This research aimed to study the effects of the heat treatment process on the mechanical properties of AISI 1045, a medium carbon steel, after the Friction Stir Welding process. Before conducting the experiments, the AISI 1045 specimens with 10 mm in diameter did not undergo any heat treatment, except full annealing, and tempering processes. After that, the specimens were welded under 20, 30, and 40 bars with 2, 3, and 4 seconds of compression times. The welding revolution speed was 1,800 rpm. After the welding, the specimens’ mechanical properties were tested by conducting tensile test, hardness test and examined their macro and microstructures at the welding lines. The results indicated that the heat treatment process had great effects on hardness and tensile strength of the materials. The tensile strength of the specimens that had been fully annealed prior to the welding process was lessen. However, their hardness was higher than that of the specimens that did not undergo the heat treatment process. The tensile strength and the hardness at the welding line increased if the specimens had undergone the tempering process. The tempering specimens which have been welded under 20 bars and 2 seconds of compression time provided the best mechanical properties – tensile strength at 525.6 MPa, and hardness at 487.85 HV. For the microstructure, the result showed that the grains of the specimens that have been tempered were finer than those fully annealed and those without the heat treatment, and this resulted in the higher hardness of the structure.