Effect of Friction Stir Welding Mode and its Direction Relative to the Rolling Direction of 2024 Alloy on the Structure and Mechanical Properties of its Weld Joints

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Friction stir welding conditions determines character of thermomechanical impact on welded material, so a critical alteration of even one of condition parameters can result in formation of defects and strength decrease of welded joint. Also an important factor is an orientation of welded material relative to a welding direction since it determines kinetics of material deformation and consequently its final structure and properties. Research efforts of friction stir welding properties generally consist in analysis of final properties of obtained weld joints and its correlation with parameters of welding condition. But to solve a problem of obtaining of weld joints with strength and quality, it’;s also important to estimate a welded material resistance to deformation from welding tool impact which could be achieved by monitoring a number of parameters directly in process of welding. The purpose of the work is to research an impact of welding condition parameters and an orientation of welded material’;s structure on friction stir welding process behavior and also on structure and strength of weld joints of 2024 aluminum alloy. Results and discussion. By monitoring the torque and welding force, it is shown that as the tool penetration force increases, the material's resistance to deformation increases. When welding is longitudinal to the direction of base metal rolling a torque and a welding force parameters decreases in value of 5-20%. An increase of welding speed provides a growing of material resistance to welding tool movement, at that, a direction of welding doesn’;t have a significant impact. With an increase of welding tool rotational speed, a material resistance to deformation decreases, a welding temperature grows and it results in growing of material’;s plasticization degree and in improvement of its mass transfer conditions. It is also shown that the welding conditions, which allows welding the 2024 alloy at a temperature of 450 – 500 ºС, provides the degree of plasticization of the material, at which welded joints with a high-quality structure and high mechanical properties are obtained. In this conditions a direction of welding in relation to the direction of base metal rolling has an impact: when welding is longitudinal to the direction of rolling the tensile strength of weld joints reaches a value of 92%, and when welding is transverse - 95% of base material tensile strength.

About the authors

A. N. Ivanov

Email: ivan@ispms.ru
Ph.D. (Engineering), 1. Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; 2. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, ivan@ispms.ru

V. E. Rubtsov

Email: rvy@ispms.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics),1. Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; 2. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, rvy@ispms.ru

E. A. Kolubaev

Email: eak@ispms.ru
D.Sc. (Engineering), 1. Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; 2. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, eak@ispms.ru

V. A. Bakshaev

Email: bakshaevva@mail.ru
SESPEL Cheboksary enterprise, CJSC, 36 Leningradskaya st., Cheboksary, 428021, Chuvash Republic, Russian Federation, bakshaevva@mail.ru

I. N. Ivashkin

Email: ivashkin_in@mail.ru
SESPEL Cheboksary enterprise, CJSC, 36 Leningradskaya st., Cheboksary, 428021, Chuvash Republic, Russian Federation, ivashkin_in@mail.ru

References

  1. On material flow in friction stir welded Al alloys / A. Tougne, C. Desrayand, M. Jahazi, E. Feulvach // Journal of Materials Processing Technology. –2017. – Vol. 239. – P. 284–296. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.08.030.
  2. Овчинников В.В., Дриц А.М. Технологические особенности сварки трением с перемешиванием соединений алюминиевых сплавов системы Al-Mg // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2019. – № 3. – С. 7–20. – doi: 10.30987/article_5c7434ed5317f2.05345899.
  3. Podrzaj P., Jerman B., Klobcar D. Welding defects at friction stir welding // Metalurgija. – 2015. – Vol. 54, iss. 2. – P. 387–389.
  4. On the similarity of deformation mechanisms during friction stir welding and sliding friction of the AA5056 alloy / A. Kolubaev, A. Zaikina, O. Sizova, K. Ivanov, A. Filippov, E. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2018. – Vol. 60 (12). – P. 2123–2129. – doi: 10.1007/s11182-018-1335-4.
  5. Defects formation during friction stir welding: a review / N. Soni, S. Chandrashekhar, A. Kumar, V.R. Chary // International Journal of Engineering and Management Research. – 2017. – Vol. 7, iss. 3. – P. 121–125. – doi: 10.13140/RG.2.2.19381.93921.
  6. Upgrading weld quality of a friction stir welded aluminum alloys AMG6 / I.K. Chernykh, E.V. Vasil'ev, E.N. Matuzko, E.V. Krivonos // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 944. – P. 012025. – doi: 10.1088/1742-6596/944/1/012025.
  7. Mishra R.S., De P.S., Kumar N. Friction stir welding and processing: science and engineering. – Cham: Springer International Publishing, 2014. – 338 p.
  8. Khokhlatova L.B., Kolobnev N.I., Ovchinnikov V.V. Properties and structure of friction stir welded joints in 1424 and V-1461 (Al–Li) alloys // Welding International. – 2018. – Vol. 32, N 1. – P. 62–66. – doi: 10.1080/09507116.2017.1382076.
  9. Petch N.J. The cleavage strength of polycrystals // Journal of the Iron & Steel Institute. – 1953. – Vol. 174. – P. 25–28.
  10. Friction–stir processed ultrafine grain high–strength Al–Mg alloy material / K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, A.N. Ivanov, S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1909. – P. 020075. – doi: 10.1063/1.5013756.
  11. EBSD analysis of friction stir welded 7136-T76 aluminum alloy / I. Kalemba, K. Muszka, M. Wróbel, S. Dymek, C. Hamilton // Solid State Phenomena. – 2013. – Vol. 203–204. – P. 258–261. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/SSP.203-204.258' target='_blank'>www.scientific.net/SSP.203-204.258.
  12. High-strength friction stir processed dispersion hardened Al-Cu-Mg alloy / K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, A.N. Ivanov, S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1909. – P. 020076. – doi: 10.1063/1.5013757.
  13. Recrystallization and related annealing phenomena / F.J. Humphreys, G.S. Rohrer, A. Rollet, M. Hatherly. – 2nd ed. – Amsterdam; Boston: Elsevier, 2004. – 658 p.
  14. Багаряцкий Ю.А. Механизм искусственного старения сплава Al-Cu-Mg // Доклады Академии наук СССР. – 1952. – Т. 87. – С. 391–401.
  15. On strain-induced dissolution of θ′ and θ particles in Al–Cu binary alloy during equal channel angular pressing / Z. Liu, S. Bai, X. Zhou, Y. Gu // Materials Science and Engineering A. – 2011. – Vol. 528. – P. 2217–2222. – doi: 10.1016/j.msea.2010.12.060.
  16. Lomaev L., Elsukov E.P. Mechanisms of the strain-induced dissolution of phases in nanostructured metals // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2008. – Vol. 72, iss. 10. – P. 1419–1422. – doi: 10.3103/S1062873808100328.
  17. On the coupling between precipitation and plastic deformation in relation with friction stir welding of AA2024 T3 aluminium alloy / C. Genevois, D. Fabregue, A. Deschamps, W.J. Poole // Materials Science & Engineering A. – 2006. – Vol. 441. – P. 39–48. – doi: 10.1016/j.msea.2006.07.151.
  18. Relationship between microstructure, microhardness and corrosion sensitivity of an AA 2024–T3 friction stir welded joint / E. Bousquet, A. Poulon-Quintin, M. Puiggali, O. Devos, M. Touzet // Corrosion Science. – 2011. – Vol. 53. – P. 3026–3034. – doi: 10.1016/j.corsci.2011.05.049.
  19. Influence of process parameters on the microstructural evolution and mechanical characterisations of friction stir welded Al-Mg-Si alloy / S.O. Salih, N. Nigel, H. Ou, W. Sun // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 275. – P. 116366. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116366.
  20. Rajakumar S., Muralidharan C., Balasubramanian V. Influence of friction stir welding process and tool parameters on strength properties of AA7075-T6 aluminium alloy joints // Materials and Design. – 2011. – Vol. 32. – P. 535–549. – doi: 10.1016/j.matdes.2010.08.025.
  21. Dialami N., Cervera M., Chiumenti M. Defect formation and material flow in friction stir welding // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2020. – Vol. 80. – P. 103912. – doi: 10.1016/j.euromechsol.2019.103912.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».