Сравнительный анализ химического состава и механических свойств различных участков сварного соединения дюралюмина, полученного сваркой трением с перемешиванием
- Авторы: Щапов Г.В.1, Казанцева Н.В.1
-
Учреждения:
- Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН
- Выпуск: № 2 (2024)
- Страницы: 113-119
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/944
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2024-2-68-10
- ID: 944
Цитировать
Аннотация
Сварка трением с перемешиванием в авиастроении и машиностроении является передовым способом соединения различных металлов и сплавов, плохо свариваемых или несвариваемых обычными способами. Активно используемый в авиастроении высокопрочный алюминиевый сплав Д16 плохо поддается сварке плавлением, что связано с образованием дендритной структуры в зоне сплавления, приводящей к снижению механической прочности соединения. В работе исследована микроструктура и микротвердость сварного шва алюминиевого сплава Д16, полученного методом сварки трением с перемешиванием. Методами сканирующей электронной микроскопии и оптической металлографии выявлено наличие трех зон: ядра шва, зоны термомеханического воздействия и зоны термического воздействия. В центральной части сварного соединения (в ядре) обнаружена слоистая структура «луковичных колец». Обнаружено изменение химического состава твердого раствора алюминия в различных областях зон сварного шва, а также присутствие концентрационного градиента внутри каждой зоны. В верхней части сварного шва наблюдается обогащение твердого раствора кремнием и обеднение медью. Благодаря обеднению твердого раствора легирующими элементами содержание алюминия в зоне сварного соединения в твердом растворе выше по сравнению с исходным состоянием. Значения микротвердости в различных областях сварного соединения коррелируют с изменением химического состава. В зоне сварного соединения обнаружено значительное снижение микротвердости по сравнению с исходным состоянием, а также наблюдается изменение микротвердости, связанное с градиентом химического состава внутри каждой зоны.
Об авторах
Геннадий Валерьевич Щапов
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН
Email: hg-1994@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-2106-6381
аспирант, младший научный сотрудник
Россия, 620108, Россия, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18Наталия Васильевна Казанцева
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: kazantseva@imp.uran.ru
ORCID iD: 0000-0002-4143-1064
доктор физико-математических наук, доцент, главный научный сотрудник
Россия, 620108, Россия, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18Список литературы
- Thomas W.M., Nicholas E.D., Needham J.C., Murch M.G., Templesmith P., Smith C.J. Friction stir butt welding: patent USA № 5460317, 1995. 10 p.
- Дриц А.М., Овчинников В.В., Васильев П.А. Исследование структуры и механических свойств соединений сплавов системы Al–Cu–Mg, полученных сваркой трением с перемешиванием // Технология легких сплавов. 2019. № 4. С. 17–25. EDN: NVFMZO.
- Radhika Ch., Shyam Kumar N. Process Parameters Optimization of Aa2024 Alloy Friction Stir Welding using Taguchi’s Technique // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2019. Vol. 8. № 11. P. 1940–1945. doi: 10.35940/ijitee.K2138.0981119.
- Ridha M.H., Alkhazraji S.K., Abdull I.T. Investigation of Friction Stir Welding of AA2024-T4 Thin Sheets for Industrial Applications // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 881. Article number 012074. doi: 10.1088/1757-899X/881/1/012074.
- Luo Jian, Wang Jiafa, Lin Hongxin, Yuan Lei, Gao Jianjun, Geng Haibin. Study on the Relationship between Root Metal Flow Behavior and Root Flaw Formation of a 2024 Aluminum Alloy Joint in Friction Stir Welding by a Multiphysics Field Model // Metals. 2020. Vol. 10. № 7. Article number 913. doi: 10.3390/met10070913.
- Kubit A., Kluz R., Ochaek K., Wydrzyñski D., Trzepieciñski T. Friction stir welding of 2024-T3 aluminium alloy sheet with sheet pre-heating // Materials and technology. 2018. Vol. 52. № 3. P. 283–288. doi: 10.17222/mit.2017.084.
- Генри А., Логинова И.С., Кравченко К.В., Даубарайте Д.К., Рябов Д.К. Влияние иттрия на сопротивление образованию горячих трещин, микроструктуру и свойства сплава Д16 при лазерном плавлении // Технология легких сплавов. 2019. № 4. С. 26–34. EDN: NZTBBX.
- Cavaliere P., Nobile R., Pannela F.W., Squillace A. Mechanical and microstructural behaviour of 2024–7075 aluminium alloy sheets joined by friction stir welding // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2006. Vol. 46. № 6. P. 588–594. doi: 10.1016/J.IJMACHTOOLS.2005.07.010.
- Cavaliere P., Cerri E., Squillace A. Mechanical response of 2024–7075 aluminium alloys joined by friction stir welding // Journal of Material Science. 2005. Vol. 40. P. 3669–3676. doi: 10.1007/s10853-005-0474-5.
- Zadpoor A.A., Sinke J., Benedictus R., Pieters R. Mechanical properties and microstructure of friction stir welded tailor-made blanks // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 494. № 1-2. P. 281–290. doi: 10.1016/j.msea.2008.04.042.
- Воробьев Р.А., Сорокина С.А., Евстифеева В.В. Фазовый состав деформируемых алюминиевых сплавов Д16 с количественной оценкой пережога разных стадий развития // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2020. № 1. C. 68–78. doi: 10.17073/0021-3438-2020-1-68-78.
- Krishnan K.N. On the formation of onion rings in friction stir welds // Materials Science and Engineering: A. 2002. Vol. 327. № 2. P. 246–251. doi: 10.1016/S0921-5093(01)01474-5.
- Morozova I., Królicka A., Obrosov A., Yang Y., Doynov N., Weiß S., Michailov V. Precipitation phenomena in impulse friction stir welded 2024 aluminium alloy // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 852. Article number 143617. doi: 10.1016/j.msea.2022.143617.
- Zhang Fan, Levine L.E., Allen A.J., Campbell C.E., Creuziger A.A., Kazantseva N., Ilavsky J. In situ structural characterization of ageing kinetics in aluminum alloy 2024 across angstrom-to-micrometer length scales // Acta Materialia. 2016. Vol. 111. P. 385–398. doi: 10.1016/j.actamat.2016.03.058.
- Mrówka-Nowotnik G., Sieniawsk J. Analysis of intermetallic phases in 2024 aluminium alloy // Solid State Phenomena. 2013. Vol. 197. P. 238–243. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/SSP.197.238' target='_blank'>www.scientific.net/SSP.197.238.
- Czerwinski F. Thermal Stability of Aluminum Alloys // Materials. 2020. Vol. 13. № 15. Article number 3441. doi: 10.3390/ma13153441.
- Tang W., Guo X., Mcclure J., Murr L., Nunes A.C. Heat input and temperature distribution in friction stir welding // Journal of Materials Processing and Manufacturing Science. 1998. Vol. 7. № 2. P. 163–172.
- Chen C.M., Kovacevic R. Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermomechanical analysis // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2003. Vol. 43. № 13. P. 1319–1326. doi: 10.1016/S0890-6955(03)00158-5.
- Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2005. Vol. 50. № 1-2. P. 1–78. doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
- Dawes C.J. An introduction to friction stir welding and its development // Welding and Metal fabrication. 1995. P. 14–16.
- Dawes C.J., Thomas W.M. Friction stir joining of aluminium alloys // TWI Bulletin. 1995. Vol. 6. P. 124–127.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)