Stir zone material flow patterns during friction stir welding of heavy gauge AA5056 workpieces and stability of its mechanical properties

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 142 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис . 1. Схема процесса сварки трением с перемеши - ванием и вырезки образцов для механических испы - таний и поперечных шлифов : 1 – заготовка ; 2 – инструмент ; 3 – пин инструмента ; 4 – направление вращения инструмента ; 5 – направление об - работки / сварки трением с перемешиванием ; 6 – область вырезки образцов для механических испытаний ; 7 – зона обработки ; 8 – вырезка лопаток в вертикальном напрвле - нии ; 9 – вырезка лопаток в поперечном направлении ; 10 – вырезка лопаток в продольном направлении ; 11 – вырезка поперечных шлифов ; 12 – зона перемешивания ; 13 – зоны термомеханического и термического влияния Fig. 1. Scheme of the friction stir welding process and cutting out samples for mechanical tests and metallography: 1 –workpiece; 2 – tool; 3 – tool pin; 4 – direction of tool rotation; 5 – direction of friction stir processing/welding; 6 – cutting area of the specimens for mechanical tests; 7 – processing zone; 8 – cutting of the blade-shaped test specimens in the vertical direction; 9 – cutting of the blade-shaped test specimens in transverse direction; 10 – cutting of the blade-shaped test specimens in longitudinal direction; 11 – metallographic sections; 12 – stir zone; 13 – thermomechanically affected and heat affected zones сударственным стандартам , поэтому вырезались образцы в уменьшенном виде с сохранением стандартных пропорций . Размер лопаток составлял 2,7×2,2×12 мм . Для исследования структуры ма - териала в поперечном сечении вырезали шлиф 11 . В данном случае на шлифе четко выделяется зона перемешивания 12 и околошовные зоны терми - ческого и термомеханического влияния 13 . Образцы для исследования изменения струк - туры по толщине в горизонтальной плоскости вырезались из заготовки после обработки трени - ем с перемешиванием на электроискровом стан - ке в планарном сечении , после чего делились на две части ( рис . 2) для изучения зоны , где ин - струмент входит в заготовку ( образцы 1.1–1.5), и зоны с отверстием от выхода инструмента ( образцы 2.1–2.5). Изменение микрострукту - ры металла исследовалось на полированных и травленых шлифах с использованием металло - графического микроскопа АЛЬТАМИ МЕТ 1 С . Механические испытания проводили на универ - сальной испытательной машине УТС 110 М -100. Микротвердость измерялась на микротвердоме - ре Duramin 5. Результаты и их обсуждение При фрикционной перемешивающей обра - ботке , как и при сварке трением с перемеши - ванием ( СТП ), в зоне перемешивания по всей толщине заготовки на глубину погружения ин - струмента образуется сложная структура , пред - ставляющая собой результат формирования потоков материала по контуру инструмента в процессе сварки / обработки ( рис . 3). В зоне пере - мешивания алюминиевого сплава АМг 5 толщи - ной 35 мм , характерного для сварки образцов толщиной 2…10 мм , монолитного ядра в данном случае не обнаружено , однако формируется не - сколько ядер в виде завихрений слоев под пле - чами инструмента и в корне зоны перемешива - ния ( см . рис . 3). Аналогичная закономерность наблюдалась при анализе структуры сплава Al- Mg-Sc-Zr в работе [13]. Однако за счет более ка - чественно подобранных параметров процесса на этапе предварительных исследований в данной работе удалось избежать крупных несплошно - стей в верхней части образца . Режимы подобра - ны таким образом , что в обрабатываемой зоне не образуются дефекты , которые часто встречаются при сварке заготовок больших толщин . Пунктир - ными линиями выделены характерные структур - ные зоны , образующиеся в СТП - соединениях : зона перемешивания 1 , зона термомеханическо - го воздействия 2 , зона термического влияния 3 и основной металл 4 . Зона термомеханического