ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Выделение тепла и пластическая деформация при сварке трением с перемешиванием (СТП) вызывают глубокие изменения микроструктуры и структурных свойств сварных соединений. Размер зерна, эволюция кристаллографической текстуры и выделение вторичных фаз являются наиболее важными микроструктурными изменениями в процессе сварки алюминиевых сплавов, которые в значительной степени влияют на прочностные свойства сварных соединений. Кроме технологических параметров процесса СТП (усилия внедрения инструмента, его частоты вращения и скорости перемещения) значительным фактором, определяющим свойства получаемых сварных соединений, также является взаимная ориентация структурных элементов свариваемого материала и направления воздействия инструмента на материал в процессе сварки. Цель данной работы: исследование совместного влияния направления исходного проката и усилия прижима инструмента в процессе СТП на структуру и свойства сварных соединений из алюминиевого сплава АМг5. Методы. Методами исследования являются механические испытания на статистическое растяжение, определение микротвердости, а также металлографический анализ структуры сварных швов. Результаты и обсуждения. В результате было установлено, что при низких значениях величины осевого усилия на инструменте (7 кН) в сварных соединениях наблюдаются дефекты типа линии стыка и пустот как вдоль, так и поперек направления проката. При увеличении нагрузки от 8 до 12 кН формируются бездефектные сварные соединения с повышенными механическими свойствами. Установлено, что направление проката АМг5 в процессе СТП не влияет на структуру и предел прочности сварных швов, но влияет на относительное удлинение и микротвердость. Показано, что в зоне перемешивания сварных швов, полученных СТП поперек листового проката АМг5, относительное удлинение выше в 1,3…2 раза, а микротвердость выше на 4…10 %, чем в зоне перемешивания сварных швов, полученных СТП вдоль листового проката АМг5.
Гусарова Анастасия Владимировна
Рубцов Валерий Евгеньевич
Колубаев Евгений Александрович
Бакшаев Владимир Александрович
Никитин Юрий Владимирович
1. Kashaev N., Ventzke V., Çam G. Prospects of laser beam welding and friction stir welding processes for aluminum airframe structural applications // Journal of Manufacturing Processes. – 2018. – Vol. 36. – P. 571–600. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2018.10.005.
2. Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H. Recent advances in friction-stir welding–process, weldment structure and properties // Progress in Materials Science. – 2008. – Vol. 53. – P. 980–1023. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2008.05.001.
3. Friction stir welding of aluminium alloys / P. Threadgill, A. Leonard, H. Shercliff, P. Withers // Journal International Materials Reviews. – 2009. – Vol. 54. – P. 49–93. – DOI: 10.1179/174328009X411136.
4. Ma Z.Y. Friction stir processing technology: a review // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2008. – Vol. 39 (A). – P. 642–658. – DOI: 10.1007/s11661-007-9459-0.
5. Weglowski M.S. Friction stir processing – State of the art: review // Archives of Civil and Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 18. – P. 114–129. – DOI: 10.1016/j.acme.2017.06.002.
6. Microstructure evolution of thermo-mechanically affected zone in dissimilar AA2024/7075 joint produced by friction stir welding / C. Zhang, G. Huang, Y. Cao, Y. Zhu, X. Huang, Y. Zhou, Q. Li, Q. Zeng, Q. Liu // Vacuum. – 2020. – Vol. 179. – P. 109515. – DOI: 10.1016/j.vacuum.2020.109515.
7. Gotawala N., Shrivastava A. Analysis of material distribution in dissimilar friction stir welded joints of Al 1050 and copper // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 57. – P. 725–736. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.07.043.
8. Influence of ultrasonic vibrations on the microstructure and mechanical properties of Al/Ti friction stir lap welds / M. Yu, H. Zhao, F. Xu, T. Chen, L. Zhou, X. Song, N. Ma // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 282, P. 116676. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116676.
9. Influence of tool rotational speed on local microstructure, mechanical and corrosion behavior of dissimilar AA2024/7075 joints fabricated by friction stir welding / C. Zhang, Y. Cao, G. Huang, Q. Zeng, Y. Zhu, X. Huang, N. Li, Q. Liu // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 49. – P. 214–226. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.11.031.
10. Microstructure of AA 2024 fixed joints formed by friction stir welding / Eliseev A.A., Kalashnikova T.A., Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Fortuna S.V., Kolubaev E.A. // AIP Conference Proceedings. – 2015. – Vol. 1683. – P. 020047. – DOI: 10.1063/1.4932737.
11. Structure-property characteristics of Al-Cu joint formed by high-rotation-speed friction stir lap welding without tool penetration into lower Cu sheet / Q. Guan, H. Zhang, H. Liu, Q. Gao, M. Gong, F. Qu // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 57. – P. 363–369. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.07.001.
12. Process parameters optimization of friction stir welding for optimum tensile strength in Al 6061-T6 alloy butt welded joints / D. Maneiah, D. Mishra, K.P. Rao, K.B. Raju // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 27, pt. 2. – P. 904–908. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.215.
13. Effect of friction stir welding parameters on defect formation / S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, A.A. Eliseev, E.A. Kolubaev, A.V. Filippov, A.N. Ivanov // AIP Conference Proceedings. – 2015. – Vol. 1683. – P. 020230. – DOI: 10.1063/1.4932920.
14. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy / S.Yu. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova // Tribology International. – 2017. – Vol. 115. – P. 191–198. – DOI: 10.1016/j.triboint.2017.05.039.
15. Effect of material locations on properties of friction stir welding joints of dissimilar aluminium alloys / S.K. Park, S.T. Hong, J.H. Park, K.Y. Park, Y.J. Kwon, H.J. Son // Journal Science and Technology of Welding and Joining. – 2010. – Vol. 15, iss. 4. – P. 331–336. – DOI: 10.1179/136217110X12714217309696.
16. Mechanical and microstructural behaviour of 2024–7075 aluminium alloy sheets joined by friction stir welding / P. Cavaliere, R. Nobile, F.W. Panella, A. Squillace // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46, iss. 6. – P. 588–594. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.010.
17. Effect of tool rotational speed and pin profile on microstructure and tensile strength of dissimilar friction stir welded AA5083-H111 and AA6351-T6 aluminum alloys / R. Palanivel, P. Koshy Mathews, N. Murugan, I. Dinaharan // Materials and Design. – 2012. – Vol. 40. – P. 7–16. – DOI: 10.1016/j.matdes.2012.03.027.
18. Microstructural analysis of friction stir butt welded Al-Mg-Sc-Zr alloy heavy gauge sheets / T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, K.N. Kalashnikov, S.V. Fortuna, E.A. Kolubaev, S.Yu. Tarasov // Metals. – 2020. – Vol. 10, iss. 806. – P. 1–20. – DOI: 10.3390/met10060806.
19. Formability evaluation of friction stir welded 6111-T4 sheet with respect to joining material direction / D. Kim, W. Lee, J. Kim, C. Kim, K. Chung // International Journal of Mechanical Sciences. – 2010. – Vol. 52. – P. 612–625. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2010.01.001.
20. Microstructure and mechanical properties of dissimilar friction stir welded AA2024-7075 joints: Influence of joining material direction / C. Zhang, G. Huang, Y. Cao, Y. Zhu, W. Li, X. Wang, Q. Liu // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 766, iss. 24. – P. 138368. – DOI: 10.1016/j.msea.2019.138368.
Результаты получены при выполнении комплексного проекта "Создание производства высокотехнологичного крупногабаритного оборудования интеллектуальной адаптивной сварки трением с перемешиванием для авиакосмической и транспортной отраслей РФ" (соглашение о предоставлении субсидии от 22.11.2019 № 075-11-2019-033), реализуемого ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель», НГТУ и ИФПМ СО РАН при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках постановления Правительства РФ от 09.04.2010 № 218.
Влияние направления проката АМг5 на микроструктуру и свойства сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием / А.В. Гусарова, В.Е. Рубцов, Е.А. Колубаев, В.А. Бакшаев, Ю.В. Никитин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 4. – С. 124–136. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.4-124-136.
Gusarova A.V., Rubtsov V.Е., Kolubaev E.A., Bakshaev V.А., Nikitin Yu.V. The influence of the rolling direction of AA5056 on the microstructure and properties of weld joints obtained by friction stir welding. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2020, vol. 22, no. 4, pp. 124–136. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.4-124-136. (In Russian).
