DEVELOPING FRICTION STIR DIFFUSION CLADDING (FSDC) PROCESS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS thesis) MS_thesis_may-2017.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

تستخدم الكسوة لحماية أسطح المعدات المصنعة من الحديد من الصدأ أو التآكل الناتج عن إحتكاك الأسطح ببعضها البعض. عادة يتم تنفيذ معظم عمليات الكسوة باستخدام تقنيات الإنصهار ، حيث تتسبب الحرارة المفرطة بذوبان المادة و صهرها ، و من ثم تتم عملية تصلب المادة نتيجة للتبريد. أثناء عملية تصلب المادة المنصهرة تنتج بعض العيوب و التشوهات كظهور الشقوق، المسامات و الفراغات ، بالإضافة إلى الإجهادات المتولدة أثناء الإنكماش نسبة لتباين الخواص الكيميائية و الفيزيائية بين المواد. ظهورهذه العيوب في أسطح المعدات يسبب الصدأ الأسطح والتآكل المستمر في طبقة الكسوة و منها للجزاء الداخلية إلى ان تتسبب في فشل المنظومة. للتغلب على العيوب الناتجة عن إستخدام الكسوة بتقنيات الإنصهار المذكورة أعلاه، يمكن استخدام تقنيات الكسوة في الحالة الصلبة. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو، دراسة و تطوير طرق الكسوة بإستخدام الإحتكاك التحريكي لإنتاج طبقة كسوة في الحالة الصلبة تزيد من مقاومة أسطح الحديد للصدأ. تم إستنباط تقنية الكسوة بإستخدام الإحتكاك التحريكي من تقنيات اللحام التحريكي الإحتكاكي . في هذه الدراسة تم تنفيذ عملية الكسوة الإحتكاكية الحركية بنجاح و ذلك بإستخدام صاج رقيق من سبائك الألومنيوم لكسوة أسطح الحديد المستخدم في صناعة أوعية الضغط و حمايتها من الصدأ. تم دراسة تأثير العوامل المتغيرة في التجربة كالسرعة الدورانية و السرعة الخطية على جودة الكسوة و مقاومتها للصدأ بإستخدام التقنيات المجهرية الضوئية و الإلكترونية لتحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للارتباط بين المادتين و تحديد مدى الانتشار بين عناصر مادة الكسوة و الحديد. تم أيضا إختبار الخواص الميكانيكية ومقاومة الصدأ لضمان جودة عملية الكسوة. إستنادا إلى النتائج تم تحديد الظروف التشغيلية و المتغيرات المثلى التي تنتج طبقة كسوة قوية وفعالة مقاومة للصدأ. قد تم التوصل إلى أفضل النتائج عند استخدام سرعة دورانية قدرها 500 لفة في الدقيقة مع سرعة خطية قدرها 50 مم\ث أو سرعة دورانية تبلغ 1000 لفة في الدقيقة مع سرعة خطية قدرها 100 مم\ ث.

English Abstract

Cladding is used either to protect the surfaces of an equipment from corrosion or to enhance surface wear resistance. Most cladding processes are performed using fusion methods, where excessive heat input, melting and solidification during the fusion process can result in cracking, porosity formation, distortion, and development of tensile residual stresses in the cladded workpiece. Such defects increase the risk of failure in the clad layer or the substrate. To overcome the abovementioned fusion cladding drawbacks, solid-state cladding technologies can be utilized. In this study, a solid-state friction stir diffusion cladding (FSDC) process has been developed successfully based on friction stir welding (FSW) principles. The developed process has been implemented for cladding ASTM 516-70 pressure vessel steel with a thin aluminium alloy (5052-H32) sheet for corrosion protection. The effect of process parameters; i.e. tool rotational and welding speeds, on microstructure was studied using Optical Microscope (OM) and Scanning Electron Microscope (SEM) to identify the microstructure, chemical composition and physical properties of the diffusion bonding between the clad material and the substrate. Moreover, XRD was used to identify the developed intermetallic compounds at the interface. The mechanical properties and corrosion resistance of the cladded steel has been also investigated to identify the effect of process parameters and define the optimum conditions. It is very important to control all the process parameters like; pin depth, rotational and travel speeds, and tool tilt angle in order to reduce the thickness of the intermetallic compounds and enhance the joint quality. It is found that a combination of high rotational and high travel speeds result in surface defects such as lack of fill and voids on the surface, while low rotational and high travel speeds result in weak bonding at the interface with disbandment of the cladding material. Similarly, advance per revolution (APR) influences the surface roughness as well as the corrosion resistance. As APR increases the surface roughness increases too and vice versa. Improved mechanical and corrosion properties were obtained at a optimum combination of rotational and travel speeds of 500 RPM and 50 mm/min respectively.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al-Badour, Fadi
Committee Members:	Merah, Nesar and Laoui, Tahar
Depositing User:	ALMIGDAD IBRAHIM (g201402140)
Date Deposited:	20 Aug 2017 04:42
Last Modified:	31 Dec 2020 07:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140446