Investigations on ultrasonic vibration-assisted friction stir welded AA7075 joints: Mechanical properties and fracture analysis

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 17 TECHNOLOGY Заключение Целью данного исследования была оценка характеристик соединений алюминиевого сплава AA7075-T651, сваренных трением с перемешиванием и ультразвуковым воздействием с помощью инструмента с конической резьбой с последующей дробеструйной обработкой (UVaFSW). В ходе исследования варьировались скорости вращения инструмента и скорости сварки, чтобы оценить их влияние на прочность соединений на разрыв, микротвердость, микроструктуру и поведение при разрушении. Кроме того, в ходе исследования при помощи растрового электронного микроскопа изучалось распределение зерен, течение материала в ядре сварочной точки и поверхности разрушения соединения после испытания на растяжение. По итогам исследования были сделаны следующие выводы. – UVaFSW-соединения имеют лучшее временное сопротивление разрушению, микротвердость в ядре сварной точки и минимальную шероховатость поверхности по сравнению с традиционными FSW-соединениями. UVaFSWсоединение после дробеструйной обработки характеризуется максимальным значением временного сопротивления разрушению (373,43 МПа) и микротвердости в ядре сварной точки (161 HV) при вращении инструмента со скоростью 2000 об/мин и скорости сварки 40 мм/мин. Однако следует отметить, что при снижении скорости сварки до 28 мм/мин была получена меньшая шероховатость поверхности – 15,16 мкм. – Микротвердость UVaFSW-соединений, прошедших дробеструйную обработку, варьируется в различных зонах сварки, ее распределение в основном соответствует форме буквы «W». Максимальное значение микротвердости наблюдается в зоне ядра сварочной точки, а минимальное – в зоне ЗТВ. Кроме того, значения микротвердости выше в UVaFSW-соединениях, подвергнутых дробеструйной обработке, по сравнению с обычными FSW-соединениями. – Осмотр подвергнутого дробеструйной обработке UVaFSW-соединения показывает, что проплавление материала в ядре сварочной точки хорошее; наблюдается течение пастообразного материала; соединение не имеет тоннельных дефектов и пустот, наблюдается однородное распределение более мелких зерен. Обнаружено, что по отмеченным выше характеристикам указанные соединения превосходят традиционные FSW-соединения. – Разрушение всех испытанных образцов UVaFSW-соединений, подвергнутых дробеструйной обработке, происходит в ЗТВ из-за более низкой микротвердости, а поверхность разрушения носит вязкий характер. На поверхности разрушения UVaFSW-соединений, подвергнутых дробеструйной обработке, наблюдаются более крупные, равноосные и неглубокие ямки, что выражается в более высоком временном сопротивлении разрушению и микротвердости по сравнению с обычными FSW-соединениями. – Механические свойства и микроструктура, наблюдаемые в зонах сварки UVaFSW-соединений, подвергнутых дробеструйной обработке, превосходят свойства обычных FSW-соединений. Это исследование предполагает возможность оптимизации обработанных дробью UVaFSW-соединений алюминиевого сплава AA7075-T651. Список литературы 1. Cetkin E., Çelik Y.H., Temiz S. Microstructure and mechanical properties of AA7075/AA5182 jointed by FSW // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 268. – P. 107–116. – DOI: 10.1016/j. jmatprotec.2019.01.005. 2. Chinchanikar S., Gaikwad V.S. State of the art in friction stir welding and ultrasonic vibration-assisted friction stir welding of similar/dissimilar aluminum alloys // Journal of Computational and Applied Research in Mechanical Engineering. – 2021. – Vol. 11. – P. 67– 100. – DOI: 10.22061/JCARME.2021.7390.1983. 3. Arora A., De A., Debroy T. Toward optimum friction stir welding tool shoulder diameter // Scripta Materialia. – 2011. – Vol. 64. – P. 9–12. – DOI: 10.1016/j. scriptamat.2010.08.052. 4. Shi L., Wu C.S., Liu X.C. Modeling the eff ects of ultrasonic vibration on friction stir welding // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 222. – P. 91–102. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.03.002. 5. Eff ects of superimposed high-frequency vibration on deformation of aluminum in micro/meso-scale upsetting / Z. Yao, G.Y. Kim, L. Faidley, Q. Zou, D. Mei, Z. Chen // Journal of Materials Processing Technology. – 2012. – Vol. 212. – P. 640–646. – DOI: 10.1016/j. jmatprotec.2011.10.017. 6. Siddiq A., El Sayed T. Acoustic softening in metals during ultrasonic assisted deformation via CP-FEM // Materials Letters. – 2011. – Vol. 65. – P. 356–359. – DOI: 10.1016/j.matlet.2010.10.031.

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1