Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 4 2020 111 MATERIAL SCIENCE Введение Сварка трением с перемешиванием ( СТП ) является процессом сварки давлением , в ходе которого под воздействием вращающегося ин - струмента происходит деформация , фрикцион - ный разогрев , пластическое течение материала и его перенос между свариваемыми заготовками [1]. Температура разогрева материала в процессе СТП ниже температуры его плавления , что от - крывает широкие производственные возможно - сти сварки промышленных трудносвариваемых материалов , к примеру , термоупрочняемых алю - миниевых сплавов . Сочетание параметров режима СТП опреде - ляет характер термомеханического воздействия на свариваемый материал , поэтому критическое изменение даже одного из параметров может привести к формированию дефектов и сниже - нию прочности сварного соединения [2, 3]. Не - маловажным фактором также является ориен - тация свариваемого материала относительно направления сварки , поскольку деформация и размер его исходного структурного зерна , сфор - мированного прокаткой , определяет кинетику деформирования материала и , как следствие , ре - зультирующую структуру и свойства [4]. В месте наибольшего воздействия инстру - мента , называемом зоной перемешивания ( ЗП ), возникает процесс интенсивной пластической деформации свариваемого материала [5, 6], ко - торый обусловливает измельчение его исходно - го зерна с повышением числа высокоугловых границ [7, 8]. В деформируемых алюминиевых сплавах прочность ЗП сварного соединения на - прямую связана с ростом протяженности границ зерен , согласно механизму Холла – Петча [9]. На примере фрикционной обработки деформи - руемого алюминиевого сплава системы AlMg показано , что этот механизм обусловливает по - вышение прочности деформированного матери - ала в ЗП относительно исходного проката [10]. В прилегающей к ЗП зоне термомеханического воздействия ( ЗТМВ ) обычно наблюдается значи - тельная деформация структурных зерен матери - ала , снижение их среднего размера с повышени - ем числа малоугловых границ [11], поэтому ее граница с ЗП , имеющая резкий переход от одно - го типа структуры к другому , часто характеризу - ется разупрочнением материала . Дополнительным фактором , влияющим на прочность сварных соединений термоупроч - няемых алюминиевых сплавов , является ха - рактерный для них механизм дисперсионного упрочнения [12–14]. При СТП таких сплавов в результате воздействия инструмента происхо - дит динамическая рекристаллизация , которой сопутствует растворение , повторное выделение и перераспределение упрочняющих фаз , что мо - жет привести к снижению прочности материала сварного соединения [15–18]. На сегодняшний день исследования процес - сов СТП в основном заключаются в анализе ко - нечных свойств получаемых сварных соедине - ний и их сопоставлении с параметрами режима сварки : усилием внедрения инструмента , его ча - стотой вращения и скоростью перемещения [19, 20]. Но для решения задачи получения прочных и качественных сварных соединений немало - важной также является оценка сопротивления материала деформированию от воздействия сва - рочного инструмента , что достигается монито - рингом ряда параметров непосредственно в про - цессе сварки . Исходя из этого , целью работы является исследование влияния параметров режима свар - ки и ориентации структуры свариваемого мате - риала на протекание процесса сварки трением с перемешиванием , а также на структуру и проч - ность получаемых сварных соединений алюми - ниевого сплава Д 16. Методика исследований Исследуемые в работе сварные соединения получали из листовых заготовок термоупрочняе - мого сплава Д 16. Химический состав исходного сплава исследовали при помощи рентгенофлу - оресцентного спектрометра Niton 3xlt Goldd+. По данным анализа , сплав имеет следующий со - став : Cu 4,8 вес . %; Mg 1,3 вес . %; Mn 0,5 вес . %; Fe 0,3 вес . %; Si 0,1 вес . %; Ti 0,1 вес . %; Zn 0,1 вес . %; Al остальное . Заготовки под свар - ку вырезали в виде пластин толщиной 2,5 мм с размерами 60×250 мм вдоль и поперек направ - ления прокатки исходного материала . Лицевая часть заготовок в месте под сварку была обрабо - тана механически со снятием слоя материала до толщины 2,0 мм . Свариваемые кромки были об - работаны механически для обеспечения их без -