Features of structure formation processes in AA2024 alloy joints formed by the friction stir welding with bobbin tool

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 2 2021 104 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В зоне входа инструмента формируемый наплыв материала с отступающей стороны ( 1 , рис . 4, а , г ) имеет сложную форму . При этом структура металла в зоне наплыва , как будет показано далее , аналогична структуре металла зоны перемешивания и частично зоны термоме - ханического влияния . Налипший с наступающей стороны материал ( 2 , рис . 4, а , г ) также имеет структуру , близкую к структуре зоны переме - шивания , но по причине отличной природы об - разования он меньше наплыва с отступающей стороны . При развитии процесса сварки с про - движением инструмента вдоль линии стыка про - исходит частичное смыкание экструдированного с отступающей стороны материала с образова - нием высокодефектной структуры зоны пере - мешивания ( 3 , рис . 4, а , г ). В подплечевой зоне по причине большего количества вовлекаемого в процесс материала и более ограниченной зоны формирования « смыкание » материала происхо - дит намного раньше , чем в центральной части соединения . На начальных этапах в граничной и центральной областях соединения отчетли - во просматривается объем пластифицируемого материала , который обусловлен значительным удельным тепловложением от вращения инстру - мента из - за малой скорости его перемещения ( 4 , рис . 4, а , в ). При постепенном повышении скорости пере - мещения до значений 20 мм / мин и выше удель - ное тепловложение снижается . Это приводит к снижению количества пластифицируемого ме - талла и уменьшению зоны термомеханического воздействия . Кроме того , при дальнейшем пере - мещении инструмента наблюдается постепенное уплотнение материала за инструментом и умень - шение дефекта . Такое положение обусловлено интенсификацией процесса экструзии материала ( рис . 4, а , г ). Согласно литературным данным [21], чем ниже соотношение скоростей вращения и перемещения инструмента в определенном ин - тервале значений , тем эффективнее механизмы переноса между отступающей и наступающей стороной соединения . На рис . 4, а , в , г отчетливо видно , что с ростом скорости перемещения ин - струмента ( при сохранении его скорости враще - ния ) количество материала на наступающей сто - роне соединения возрастает и формируется зона перемешивания с более плотной и менее дефект - ной структурой ( 5 , рис . 4, а , г ). С приближени - ем к зоне выхода инструмента ( рис . 4, б , д ) на - блюдается разуплотнение зоны перемешивания с формированием более дефектной структуры ( 6 , рис . 4, б , д ), с разделением на две и более ча - сти ( 6 ʹ , рис . 4, б , д ). Далее количество дефектов возрастает ( 7 , рис . 4, б , д ) и формируется канал ( 8 , рис . 4, б , д ). Непосредственно на выходе ин - струмента образуются большая ( 9 , рис . 4, б , д ) и малая ( 10 , рис . 4, б , д ) зоны выдавливания ма - териала , представленные в отличие от области входа инструмента существенно деформирован - ным материалом . Протяженность зон выдавливания материа - ла на выходе инструмента обусловлена , помимо физической природы процесса скоростью свар - ки ( 11 , рис . 4, в ). В процессе входа инструмента постепенное увеличение скорости сварки по - зволяет уменьшить дефектообразование и уско - рить процесс формирования соединения . Одна - ко в зоне выхода инструмента высокая скорость сварки предположительно приводит к уменьше - нию фрагментированного слоя материала перед инструментом и большему деформационному влиянию на материал перед этим слоем . В свою очередь , этот процесс приводит к опережающему разрушению структуры со - единения в зоне выхода инструмента . Снизить дефектность структуры в конце соединения возможно предположительно путем увеличе - ния локального теплового и деформационного влияния на материал ( для увеличения степени фрагментации ) за счет уменьшения скорости сварки ( 12 , рис . 4, в ). Отличия в формировании зоны перемеши - вания на входе и выходе инструмента были ис - следованы с использованием оптической микро - скопии ( рис . 5). Границы зоны на наступающей стороне соединения выделяются более отчетли - во ( рис . 5, б , е , з , м ), чем на отступающей стороне ( рис . 5, а , д , ж , л ), что можно объяснить разли - чием локальных термомеханических процессов . Материал наступающей стороны соединения менее подвержен температурному и деформаци - онному воздействию , так как при сварке проис - ходит в основном первичная деформация лишь небольшой его части . С отступающей стороны помимо аналогичного процесса деформирова - ния происходит экструдирование практически всего объема пластифицированного материала . По этой причине в области наступающей стороны