Microstructure of friction stir welds of cast to wrought aluminum alloys

• Autorzy: Dymek S. , Pietras A. , Kalemba I. , Kopyściański M. , Węglowski A. , Jachym R.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura połączenia FSW odlewniczego stopu aluminium ze stopem aluminium do przeróbki plastycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The changes in microstructure in friction stir welds between dissimilar aluminum alloys Were investigated. The present study deals with two aluminum alloys, one of which is ductile (wrought AlMg3) while the other is considered brittle (cast AlSi9Mg). What is more, the melting points for the both metals are different. The joints between these alloys were produced on a welding machine, constructed on the basis of a conventional, vertical milling machine. The machine was equipped with appropriate devices for monitoring process parameters: vertical force, traveling speed, rotational speed and torque. The welding parameters were chosen from a more extensive work previously performed with the same tool, which ensured the achievement of sound welds. Cross-sections of the welds were analyzed by light and scanning electron microscopy (LM and SEM). The investigation showed that the FSW process makes it possible to produce good quality joints between dissimilar aluminum alloys. The microstructure in a dissimilar weld between cast and wrought aluminum alloys is distinctly different from that in a weld of an aluminum alloy to itself. The weld reveals a complex, intercalation flow pattern with an onion-ring-vortex-like structure. The creation of vortex structures in solid-state flow regimes is particularly extraordinary and uncovers the complexity of material flow during FSW welding. In this regard, the microstructure of the FSW weld between cast and wrought alloys is different than in welds produced between two dissimilar wrought alloys. The mutual mixing in a dissimilar aluminum alloys weld is intimate and far from complete. The EDS maps revealed a non-uniform distribution of the main constituent elements, Si and Mg, within the weld. However, the bonding between the two alloys is clearly complete. The additional FSW pass makes the weld microstructure more uniform.

PL

W pracy badano zmiany mikrostruktury w połączeniach różnoimiennych stopów aluminium wykonanych metodą tarciową z mieszaniem materiału zgrzeiny (Friction Stir Welding - FSW). Badania dotyczyły zgrzewania dwóch stopów aluminium, z których jeden jest plastyczny (stop do przeróbki plastycznej AlMg3), a drugi kruchy (stop odlewniczy AlSi9Mg). Stopy te, oprócz składu chemicznego, różnią się ponadto temperaturą topnienia. Zgrzeiny tych stopów wykonano na urządzeniu do zgrzewania metali zbudowanego z konwencjonalnej pionowej frezarki. Urządzenie wyp- osażone było w odpowiednie mierniki parametrów procesu: siły nacisku, prędkości obrotowej, prędkości zgrzewania oraz momentu obrotowego. Parametry procesu dobrano na podstawie wcześniej szych prób wykonanych tym samym narzędziem - umożliwiło to otrzymanie zgrzein pozbawionych wad. Badania mikrostruktury prowadzono na zgładach poprzecznych, tj. prostopadłych do kierunku zgrzewania. Do badań wykorzystano mikroskopię świetlną oraz skaningową mikroskopię elektronową. Badania wykazały, że proces zgrzewania FSW nadaje się do łączenia różnoimiennych stopów aluminium i pozwala na uzyskanie dobrej jakości, pozbawionych wad zgrzein. Mikrostruktura zgrzeiny stopu odlewniczego i stopu do przeróbki plastycznej różni się znacznie od zgrzein tego samego stopu aluminium. Badania ujawniły w zgrzeinie złożoną mikrostrukturę przenikających się warstw łączonych metali przypominających zdeformowane pierścienie cebuli ufonnowane w kształcie wirów. Tworzenie mikrostruktury wirowej w stanie stałym jest zjawiskiem wyjątkowym i ukazuje złożoność przepływu materiału podczas zgrzewania FSW. Wymieszanie łączonych materiałów nie jest jednak kompletne, ale ich złączenie jest trwałe. Mapy składu chemicznego zgrzeiny pozwoliły ustalić rozmieszczenie głównych pierwiastków stopowych, tj. Si i Mg, w zgrzeinie. Podwójny przebieg FSW doprowadził do bardziej jednolitego wymieszania materiałów. Badania wykazały, iż zjawiska zachodzące podczas mieszania różnoimiennych stopów aluminium są dalekie od pełnego zrozumienia.

Słowa kluczowe

EN

dissimilar Al alloys joining; friction stir welding; material flow

PL

łączenie różnoimiennych stopów Al; zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału; przepływ materiału

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 390--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Dymek S.

autor

Pietras A.

autor

Kalemba I.

autor

Kopyściański M.

autor

Węglowski A.

autor

Jachym R.

Bibliografia

• [1] DebRoy T., Bhadeshia H. K. D. H.: Friction stir Welding of dissimilar alloys - a perspective. Science and Technology of Welding and Joining 15 (2010) 266÷270.
• [2] Lee W. B., Yeon Y. M., Jung S. B.: The mechanical properties related to the dominant microstructure in the weld zone of dissimilar formed Al alloy joints by friction. Journal of Materials Science 38 (2003) 4183÷4191.
• [3] Okamoto K., Hirano S., Inagaki M.: Joining dissimilar aluminum alloys. Welding Journal 85 (2006) 46÷53.
• [4] Ghosh M., Kumar K., Kailas S. V., Ray A. K.: Optimization of friction stir Welding parameters for dissimilar aluminum alloys. Materials and Design 31 (2010) 3033÷3037.
• [5] Murr L. E.: A review of FSW research on dissimilar metal and alloy systems. Journal of Materials Engineering and Performance 19 (2010) 1071÷1089.
• [6] Kalemba I., Kopyścianski M., Dymek S., Hamilton C.: Investigation of friction stir Welded Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys. Steel Research International 81 (2010) 1088.
• [7] Ouyang J. H., Kovacevic R.: Material flow and microstructure in the friction stir butt Welds of the same and dissimilar aluminum alloys. Journal of Materials Engineering and Performance 11 (2002) 51÷63.
• [8] Alvarez P., Janeiro G., da Silva A. A. M., Aldanondo E., Echeverría A.: Material flow and mixing patterns during dissimilar FSW. Science and Technology of Welding and Joining 15 (2010) 648÷653.