ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Прочность сварного соединения и отношение прочности сварного соединения к прочности основного металла, особенно в алюминиевых сплавах, имеют решающее значение для аэрокосмической, оборонной и промышленной сфер. Обработка сварных соединений, например дробеструйная и лазерная нагартовка, значительно повышает эффективность и прочность соединения, увеличивая усталостную долговечность, зернистую структуру и прочность на растяжение. Цель работы. Обзор литературы показывает, что сварка трением с перемешиванием и ультразвуковым воздействием (UVaFSW) и послесварочная обработка улучшают механические свойства и текучесть материала. Однако исследований, посвященных изучению влияния скорости сварки, скорости вращения инструмента и дробеструйной обработки после сварки UVaFSW-соединений AA7075-T651, проведено ограниченное количество. Методы исследования. Изучались прочность на растяжение, микротвердость, микроструктура и поведение при разрушении AA7075-T651-соединения, сваренного трением с перемешиванием (UVaFSW), с учетом влияния вращения инструмента, скорости сварки и дробеструйной обработки после сварки. Результаты и обсуждение. UVaFSW-соединения, подвергнутые дробеструйной обработке после сварки, продемонстрировали максимальную прочность на разрыв 373,43 МПа, микротвердость 161 HV и наименьшую шероховатость поверхности 15,16 мкм при скорости сварки 40 мм/мин по сравнению с соединениями, полученными сваркой трением с перемешиванием (FSW). Эти результаты показывают, что дробеструйная обработка улучшила механические свойства и качество поверхности UVaFSW-соединений. Высокая прочность на разрыв и низкая шероховатость поверхности делают эти соединения пригодными для применений, требующих прочности и эстетики. Разрушение UVaFSW-соединений после дробеструйной обработки в основном происходило в зоне термического влияния (ЗТВ) во время испытания на растяжение. Это можно объяснить более высокой температурой во время сварки, которая привела к росту зерен и снижению прочности материала в ЗТВ. UVaFSW-соединение, подвергнутое дробеструйной обработке, имеет более равномерное распределение зерен, чем FSW-соединение, что способствует более высокому временному сопротивлению разрушению. На поверхности излома UVaFSW-соединений, подвергнутых дробеструйной обработке, наблюдались более крупные, равноосные и неглубокие ямки, что привело к более высокому временному сопротивлению разрушению (s_в) 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. Однако необходимы дальнейшие исследования для определения конкретных факторов, способствующих этому локализованному разрушению в ЗТВ, учитывая влияние параметров дробеструйной обработки. Это исследование также предполагает возможность оптимизации UVaFSW-соединений из AA7075-T651, подвергнутых дробеструйной обработке.

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 effects 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. Effects 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.

7. Liu X.C., Wu C.S. Experimental study on ultrasonic vibration enhanced friction stir welding // Proceedings of the 1st International Joint Symposium on Joining and Welding. – Osaka, Japan, 2013. – P. 151–154. – DOI: 10.1533/978-1-78242-164-1.151.

8. Evolution of microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of ultrasonic assisted welded-brazed Mg/Ti joint / C. Xu, G. Sheng, X. Cao, X. Yuan // Journal of Materials Science and Technology. – 2016. – Vol. 32. – P. 1253–1259. – DOI: 10.1016/j.jmst.2016.08.029.

9. Liu X., Wu C., Padhy G.K. Characterization of plastic deformation and material flow in ultrasonic vibration enhanced friction stir welding // Scripta Materialia. – 2015. – Vol. 102. – P. 95–98. – DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.02.022.

10. Amuda M.O.H., Mridha S. Comparative evaluation of grain refinement in AISI 430 FSS welds by elemental metal powder addition and cryogenic cooling // Materials and Design. – 2012. – Vol. 35. – P. 609–618. – DOI: 10.1016/j.matdes.2011.09.066.

11. Fatigue crack growth performance of peened friction stir welded 2195 aluminum alloy joints at elevated and cryogenic temperatures / O. Hatamleh, M. Hill, S. Forth, D. Garcia // Materials Science and Engineering A. – 2009. – Vol. 519. – P. 61–69. – DOI: 10.1016/j.msea.2009.04.049.

12. Hatamleh O., Mishra R.S., Oliveras O. Peening effects on mechanical properties in friction stir welded AA 2195 at elevated and cryogenic temperatures // Materials and Design. – 2009. – Vol. 30. – P. 3165–3173. – DOI: 10.1016/j.matdes.2008.11.010.

13. Influence of ambient and cryogenic temperature on friction stir processing of severely deformed aluminum with SiC nanoparticles / M.S. Khorrami, M. Kazeminezhad, Y. Miyashita, N. Saito, A.H. Kokabi // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 718. – P. 361–372. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.05.234.

14. Singh S., Dhuria G. Investigation of post weld cryogenic treatment on weld strength in friction stir welded dissimilar aluminum alloys AA2014-T651 and AA7075-T651 // Materials Today Proceedings. – 2017. – Vol. 4. – P. 8866–8873. – DOI: 10.1016/j.matpr.2017.07.237.

15. Wang J., Fu R., Li Y. Effects of deep cryogenic treatment and low-temperature aging on the mechanical properties of friction-stir-welded joints of 2024-T351 aluminum alloy // Materials Science and Engineering A. – 2014. – Vol. 609. – P. 147–153. – DOI: 10.1016/j.msea.2014.04.077.

16. Grain refinement and nanostructure formation in pure copper during cryogenic friction stir processing / Y. Wang, R. Fu, L. Jing, Y., Li, D. Sang // Materials Science and Engineering A. – 2017. – Vol. 703. – P. 470–476. – DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.090.

17. Cryogenic properties of Al-Mg-Sc-Zr friction-stir welds / D. Zhemchuzhnikova, S. Malopheyev, S. Mironov, R. Kaibyshev // Materials Science and Engineering A. – 2014. – Vol. 598. – P. 387–395. – DOI: 10.1016/j.msea.2014.01.060.

18. Effect of bead characteristics on the fatigue life of shot peened Al 7475-T7351 specimens / N. Ferreira, J.S. Jesus, J.A.M. Ferreira, C. Capela, J.M. Costa, A.C. Batista // International Journal of Fatigue. – 2020. – Vol. 134. – P. 105521. – DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105521.

19. Liu P., Sun S., Hu J. Effect of laser shock peening on the microstructure and corrosion resistance in the surface of weld nugget zone and heat-affected zone of FSW joints of 7050 Al alloy // Optics & Laser Technology. – 2019. – Vol. 112. – P. 1–7. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2018.10.054.

20. Improvement in fatigue performance of friction stir welded A6061-T6 aluminum alloy by laser peening without coating / Y. Sano, K. Masaki, T. Gushi, T. Sano // Materials and Design. – 2012. – Vol. 36. – P. 809–814. – DOI: 10.1016/j.matdes.2011.10.053.

21. Gaikwad V.S., Chinchanikar S. Mechanical behaviour of friction stir welded AA7075-T651 joints considering the effect of tool geometry and process parameters // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8 (4). – P. 3730–3748. – DOI: 10.1080/2374068X.2021.1976554.

22. Gaikwad V., Chinchanikar S., Manav O. Investigation and multi-objective optimization of friction stir welding of AA7075-T651 plates // Welding International. – 2023. – Vol. 37 (2). – P. 68–78. – DOI: 10.1080/09507116.2023.2177568.

23. Gaikwad V.S., Chinchanikar S.S. Adaptive neuro fuzzy inference system to predict the mechanical properties of friction stir welded AA7075-T651 joints // Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. – 2022. – Vol. 16 (3). – P. 381–393.

24. Gaikwad V.S., Chinchanikar S. Mechanical properties, microstructure, and fracture behavior of friction stir welded AA7075 joints with conical pin and conical threaded pin type tools // Scientia Iranica. – 2022. – Vol. 30. – P. 1–20. – DOI: 10.24200/sci.2022.59154.6087.

25. Gaikwad V.S., Chinchanikar S. Investigation on surface roughness, ultimate tensile strength, and microhardness of friction stir welded AA7075-T651 joint // Materials Today Proceedings. – 2021. – Vol. 46. – P. 8061–8065. – DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.034.

26. Improving tensile properties of Al/Mg joint by smashing intermetallic compounds via ultrasonic-assisted stationary shoulder friction stir welding / Z. Liu, X. Meng, S. Ji, Z. Li, L. Wang // Journal of Manufacturing Processes. – 2018. – Vol. 31. – P. 552–559. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2017.12.022.

27. Gao S., Wu C.S., Padhy G.K. Material flow, microstructure and mechanical properties of friction stir welded AA 2024-T3 enhanced by ultrasonic vibrations // Journal of Manufacturing Processes. – 2017. – Vol. 30. – P. 385–395. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2017.10.008.

28. Dissimilar friction stir welding of 6061 aluminum alloy and AZ31 magnesium alloy assisted with ultrasonic / S. Ji, X. Meng, Z. Liu, R. Huang, Z. Li // Materials Letters. – 2017. – Vol. 201. – P. 173–176. – DOI: 10.1016/j.matlet.2017.05.011.