Influence of post weld heat treatment on microstructure of friction stir welded 7xxx aluminum alloys

• Autorzy: Kalemba I. , Kopyściański M. , Dymek S. , Hamilton C.

Warianty tytułu

PL

Wpływ obróbki cieplnej na mikrostrukturę złączy stopów aluminium z serii 7xxx wykonanych metodą FSW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Friction stir welding (FSW) is a solid state joining method successfully applied to metallic materials, which are difficult to weld by traditional fusion welding. It has been found that high-quality joints of non-weldable aluminum alloys of 7xxx series may be produced by means of the FSW process. However, the FSW welds show lower mechanical properties compared to the base materials. This research investigates the influence ofpost weld heat treatment (T6) on the microstructure and hardness in friction stir welds oftwo A1-Zn-Mg-Cu aluminum alloys. The experiments were conducted on 7136 and 7042 alloys. The alloys belong to the most advanced class of aluminum alloys. Their chemical composition is similar, but one of them, (7042), additionally contains of scandium. It is well established that scandium controls recrystallisation and grain growth in aluminum alloys. Additionally, the presence of scandium in the 7042 alloy improves the FSW joint efficiency, defined as the ratio of the yield strength of the welded samples to the baseline yield strength. Thus, it is believed that scandium may play an important role in the post weld heat treatment. Microstructural examination revealed a change in grain size in the post weld heat treated joints, leading to abnormal grain growth in the stirred zone in the 7136 weld and marginally in the stirred zone of the 7042 joint. The grain growth in the stirred zone of 7042 aluminum alloy weld is likely restricted by the synergic effect of higher heat input during welding, compared to the welding of the 7136 alloy, and the addition of scandium, which controls recrystallization and grain growth in Al-alloys. A detailed microstructural observation showed the presence a large amount of fine precipitates produced during the PWHT. These precipitates contributed to hardness recovery in the friction stir welded areas of the investigated 7xxx aluminum alloys.

PL

Zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału (FSW) to metoda łączenia zachodząca w stanie stałym, która z powodzeniem jest stosowana do łączenia materiałów metalicznych, trudnych do łączenia tradycyjnymi metodami spawania. Za pomocą metody FSW jest możliwe uzyskanie wysokiej jakości połączeń niespawalnych stopów aluminium z serii 7xxx. Jednakże złącza wykonane tą metodą charakteryzują się niższymi własnościami mechanicznymi niż materiał wyjściowy. W pracy przedstawiono badania wpływu obróbki cieplnej (T6) na mikrostrukturę i twardość złączy FSW stopów aluminium z serii 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu). Badaniom poddano złącze stopu 7136 oraz złącze stopu 7042. Stopy te należą do najbardziej zaawansowanej klasy stopów aluminium. Ich skład chemiczny jest bardzo podobny, przy czym jeden ze stopów - stop 7042, dodatkowo zawiera skand. Wiadomo, że skand w stopach aluminium kontroluje rekiystalizację i rozrost ziama. Ponadto obecność skandu w stopie 7042 polepsza wydajność złącza FSW, definiowaną jako stosunek wytrzymałości złącza do wytrzymałości materiału rodzimego. Stąd przypuszcza się, że skand może odgrywać również rolę w obróbce cieplnej złączy. Zaprezentowane w pracy badania mikrostrukturalne wykazały różnice z rozmiarze ziarna w złączach po obróbce cieplnej, prowadzącej do rozrostu ziarna w strefie zmieszania złącza stopu 7136 i nieznacznie w strefie zmieszania złącza stopu 7042. Rozrost ziarna w strefie zmieszania złącza 7042 jest prawdopodobnie ograniczony przez synergiczne działanie wyższej temperatury powstającej podczas procesu FSW w porównaniu ze zgrzewaniem stopu 7136 oraz dodatkiem skandu kontrolującego rekrystalizację i rozrost ziarna. Szczegółowe obserwacje mikrostruktury wykazały obecność dużej liczby drobnych wydzieleń powstających w czasie obróbki cieplnej. Wydzielenia te przyczyniają się do zwiększenia twardości w strefie złącza do poziomu twardości materiału wyjściowego w badanych złączach stopów z serii 7xxx.

Słowa kluczowe

EN

post weld heat treatment; friction stir welding; aluminum alloys

PL

obróbka cieplna po zgrzewaniu; zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału; stopy aluminium

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 283--285
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kalemba I.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science

autor

Kopyściański M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science

autor

Dymek S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science

autor

Hamilton C.

• Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, Miami University, Oxford, OH, USA

Bibliografia

• [1] Mishra R. S., Mahoney M. W.: Friction stir welding and processing. ASM International, Ohio, USA (2007).
• [2] Threadgill P. L., Leonard A. J., Sherliff H. R., Withers P. J.: Friction stir welding of aluminum alloys. Intemational Materials Reviews 54 (2009) 49÷93.
• [3] Kalemba I., Kopyscianski M., Dymek S., Hamilton C.: Investigation of friction stir weled Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys. Steel Research International 81 (2010) 1088÷1091.
• [4] Kalemba I., Dymek S., Hamilton C., Blicharski M.: Microstructure and mechanical properties of friction stir welded 7136-T76 aluminum alloy. Materials Science and Technology 27 (2011) 903÷908.
• [5] Sharma C., Dwivedi D. K., Kumar P.: Effect of post weld heat treatments on microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints of Al-Zn-Mg alloy AA7039. Materials and Design 43 (2013) 134÷143.
• [6] Fuller C. B., Mahoney M. W., Calabrese M., Micona L.: Evolution of microstructure and mechanical properties in naturally aged 7050 and 7075 Al friction stir welds. Materials Science and Engineering A 527 (2010) 2233÷2240.
• [7] Paglia C. S., Buchheit R. G.: The time-temperature-corrosion susceptibility in a 7050-T7451 friction stir weld. Materials Science and Engineering A 492 (2008) 250÷254.
• [8] Hassan K. A. A., Norman A. F., Price D. A., Prangnell P. B.: Stability of nugget zone grain structures in high strength Al-alloy friction stir welds during solution treatment. Acta Materialia 51 (2003) 1923÷1936.
• [9] Lee W. B., Lee C. Y., Yeon Y. M., Lee J. B., Chae A. C., Jung S. B.: Grain growth behaviour and mechanical properties of the friction stir welded zone of 7055 Al alloy followed by post weld heat treatment. Materials Science Forum 539-543 (2007) 4087÷4092.
• [10] Barcellona A., Buffa G., Fratini L., Palmeri D.: On microstructural phenomena occurring in friction stir welding of aluminum alloys. Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) 340÷343.
• [11] Royset J., Ryum N.: Scandium in aluminium alloys. International Materials Review 50 (2005) 19÷44.
• [12] Hamilton C., Kopyscianski M., Senkov N., Dymek S.: A coupled thermal/material flow model of friction stir welding applied to Sc-modified aluminum alloys. Metallurgical and Materials Transaction A 44A (2013) accepted for publication.
• [13] Hamilton C., Dymek S., Kalemba I., Blicharski M.: Friction stir welding of aluminum 7136-T76511 extiusions. Science and Technology of Welding and Joining 13 (2008) 714÷720.
• [14] Hamilton C., Sommers A., Dymek S.: A thermal model of friction stir welding applied to Sc-modified Al-Zn-Mg-Cu alloy extiusions. International Journal of Machine Tools & Manufacture 49 (2009) 230÷238.