Relation between geometry of FSW tools and formation of nano- dispersed zones in macrostructure EN AW 6082-T6 alloy welded joints

• Autorzy: Krasnowski Krzysztof , Khokhlova Julia , Khokhlov Maksym , Kostin Valery

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2021.5/1

Warianty tytułu

PL

Zależność pomiędzy geometrią narzędzia do zgrzewania metodą FSW a powstawaniem nanodyspersyjnych stref w makrostrukturze złączy zgrzewanych ze stopu EN AW 6082-T6

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

An article present the result of macrostructure formation with distribution of mechanical properties in cross-sections of 8 mm-thick one-sided butt-welded FSW joints of EN AW 6082-T6 alloy which were obtained using three types of specially designed tools: C-type – conventional tool consisting of a housing, cylindrical threaded probe and a shoulder with a grooved spiral, T-type – Triflute-type tool consisting of a housing, cylindrical threaded probe with three grooves and a shoulder with a grooved spiral, S-type – simple tool consisting of a housing, smooth cylindrical probe without a thread and a flat shoulder. Friction stir welding was performed using equipment of the Institute of Welding in Gliwice of Poland, and mechanical tests in the E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine. Mechanical test by indentation was performed using Micron-gamma device, which allows experimental identification of structural state of metal and determination of the strain hardening presence by limiting values of ratio of hardness to Young’s modulus of elasticity. It was found that for all three specimens the HAZ hardness decreases, and in the zone of thermomechanical effect the hardness increases. Maximum hardness values are inherent to the central part of welded joint nugget, as well as to light-coloured oval concentrated fragments of structure in the nugget upper and lower part. Judging by the presence of nanosized hardened structure and uniformity of its distribution in the nugget, as well as good dispersion of oxide films and absence of discontinuities, the friction stir welding with C-type tool can be regarded as the optimum variant. An assumption was made that formation of a uniform structure in welds can be achieved at three–four revolutions of the tool in friction stir welding in one place. The model of thermal fields distribution in Al-plate during FSW using a C-type tool visualized the metal’s thermal condition when formated hardened nano-dispersed weld zones.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad tworzeniem się nanostruktury z rozkładem właściwości mechanicznych w przekrojach poprzecznych złączy FSW o grubości 8 mm ze stopu EN AW 6082-T6 zgrzewanych jednostronnie doczołowo. Połączenia uzyskano przy użyciu trzech rodzajów specjalnie zaprojektowanych narzędzi. Stwierdzono, że dla wszystkich próbek twardość w SWC zmniejsza się, a w strefie oddziaływania termomechanicznego wzrasta. Maksymalne wartości twardości są charakterystyczne dla środkowej części jądra zgrzeiny, a także dla jasno zabarwionych, owalnych fragmentów w strukturze części górnej i dolnej jądra zgrzeiny. Oceniając obecność utwardzonej struktury nanometrycznej i równomierność jej rozmieszczenia w strefie zmieszania oraz dobre rozproszenie warstewek tlenkowych i brak nieciągłości, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem narzędziem konwencjonalnym można uznać za wariant optymalny. Można przypuścić, że podczas zgrzewania tarciowego z mieszaniem zgrzeiny uzyskuje się jednorodną strukturę zgrzein przy czterech i więcej obrotach narzędzia FSW w jednym miejscu. Model rozkładu pól termicznych w płycie aluminiowej podczas FSW, przy użyciu narzędzia konwencjonalnego, zwizualizował stan termiczny metalu podczas formowania utwardzonych stref nanodyspersyjnych w zgrzeinach.

Słowa kluczowe

EN

friction stir welding; FSW; thermomechanical affected zone; weld core; indentation; Berkovich indenter; hardness; Young's modulus

PL

zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem; FSW; strefa oddziaływania termomechanicznego; rdzeń spawu; wgniecenie; wgłębnik Berkovicha; twardość; moduł Younga

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 65, No. 5
• Strony: 7--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., fot., wykr.

Twórcy

autor

Krasnowski Krzysztof

• Łukasiewicz – Instytut Spawalnictwa, Welding Technologies Research Group

autor

Khokhlova Julia

• E.O. Paton Electric Welding Institute, National Academy of Sciences of Ukraine

autor

Khokhlov Maksym

• E.O. Paton Electric Welding Institute, National Academy of Sciences of Ukraine

autor

Kostin Valery

• E.O. Paton Electric Welding Institute, National Academy of Sciences of Ukraine

Bibliografia

• [1] Thomas W. M., Nicholas E. D., Needham J.C., Murch M. G., Temple-Smith P., Dawes C.J. (1991) Friction stir butt welding. European Patent Specification 06 15 480 B1.
• [2] Dawes C. J. (1995) An introduction of friction stir welding and its development. Welding & Metal Fabrication, vol. 63,13–16.
• [3] Mishra R. S., Ma Z. Y. (2005) Friction Stir Welding and Processing. Mater. Sci. Eng., 50A, 1–78.
• [4] Uday M. B., Ahmad Fauzi M. N., Zuhailawati H., Ismail A. B. (2010) Advances in Friction Welding Process: A Review. Sci. Technol. Weld. Join., 15, 534–558.
• [5] Krasnowski K., Sędek P., Łomozik M., Pietras A. (2011) Impact of selected FSW parameters on mechanical properties of 6082-T6 aluminium alloy butt joints. Archives of Metallurgy and Materials, Vol. 56, 4, 965–973.
• [6] Threagill P. L., Leonard A. J., Shercliff H. R., Withers P. J. (2009) Friction Stir Welding of Aluminium Alloys. Int. Mater. Rev., 54, 2, 49–93.
• [7] Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H.K.D.H. (2008) Recent Advances in Friction-Stir Welding: Process, Weldment Structure and Properties. Prog. Mater Sci., 53, 980–1023.
• [8] Krasnowski K., Dymek S. (2013) A comparative analysis of the impact of tool design to fatigue behavior of single-sided and double-sided welded butt joints of EN AW 6082-T6 Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 22, 12, 3818–3824.
• [9] Krasnowski K. (2014) Fatigue and static properties of friction stir welded aluminium alloy 6082 lap joints using Triflute-type and smooth tool. Archives of Metallurgy and Materials, Vol. 59, 1, 157–162.
• [10] Kalemba I., Kopyscianski M., Dymek S. (2010) Investigation of Friction Stir Welded Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloys. Steel Research International, vol. 81, 9 , 1088–1096.
• [11] Mustafa B., Adem K. (2004) The influence of stirrer geometry on bonding and mechanical properties in friction stir welding process. Materials and Design, vol. 25, 343–347.
• [12] Standard DIN EN 573 – 3:2009, Aluminium and aluminium alloys. Chemical composition and form of wrought products. Chemical composition and form of products.
• [13] Oliver W. C. and Pharr G. M. (1992) An Improved technique for determining the hardness and elastic modulus using load displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res.7, 1564–1583.
• [14] Kazuhisa Miyoshi (2002) Surface Characterization Techniques: An Overview NASA/TM-2002-211497, 12–22.
• [15] Khokhlova Yu. A., Klochkov I. M., Grinyuk A. A., Khokhlov M. A. (2009) Verification of Young modulus measurement by nanoindenter „Micron-gamma”. Journal „Nondestructive control and technical diagnostics”, 1, 30–32.
• [16] Nano indenters from micro star technologies. Revision 2.3, 9.
• [17] Khokhlova Yu. A., Ishchenko D. A., Khokhlov M. A. (2017) Indentation from micro to nano level and examples of study properties the materials of special structure. Journal „Nondestructive control and technical diagnostics”, 1, 30–36.
• [18] M. Song, R. Kovacevic. Thermal modeling of friction stir welding in a moving coordinate system and its validation. Int’l J. of Machine Tools & Manufacture, vol. 43, 2003, pp. 605–615.

Uwagi

Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 19-26.