Microstructural aspects of additive friction stir welding of chrome-zirconium bronze

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The work was undertaken to investigate the microstructural aspects of additive friction-stir welding (FSW) of chromium-zirconium bronze. This technology was applied for the renovation of the continuous steel casting crystallizer that was severely worn during long-term service. It was found that FSW provided significant grain refinement and coarsening of secondary particles and gave rise to the poorly developed <110> fiber simple-shear texture. Based on microstructural observations, it was suggested that the grain structure evolution during FSW was governed by the continuous recrystallization but also involved the discontinuous recrystallization coupled with annealing twinning.

About the authors

N. V. Lezhnin

Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nlezhnin@bk.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

E. G. Volkova

Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, 620108 Russia

A. I. Bodyakova

Belgorod National Research University

Belgorod, 308015 Russia

I. S. Nikitin

Belgorod National Research University

Belgorod, 308015 Russia

S. Yu. Mironov

Belgorod National Research University

Belgorod, 308015 Russia

A. A. Vopneruk

ZAO NPP MASHPROM

Ekaterinburg, 620143 Russia

A. V. Makarov

Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, 620108 Russia

References

  1. Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Mater. Sci. Eng. R. 2005. V. 50. P. 1–78. https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.07.001
  2. Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H.K.D.H. Recent advances in friction-stir welding — Process, weldment structure and properties // Progr. Mater. Sci. 2008. V. 53. P. 980–1023. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.05.001
  3. Threadgill P.L., Leonard A.J., Shercliff H.R., and Withers P.J. Friction stir welding of aluminium alloys // Int. Mater. Rev. 2009. V. 54. P. 49–93. https://doi.org/10.1179/174328009X411136
  4. Heidarzadeh A., Mironov S., Kaibyshev R., Cam G., Simar A., Gerlich A., Khodabakhshi F., Mostafaei A., Field D.P., Robson J.D., Deschamps A., Withers P.J. Friction stir welding/processing of metals and alloys: A comprehensive review on microstructural evolution // Progr. Mater. Sci. 2021. V. 117. P. 100752. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100752
  5. Макаров А.В., Лежнин Н.В., Котельников А.Б., Вопнерук А.А., Коробов Ю.С., Валиуллин А.И., Волкова Е.Г. Восстановление стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок из хромциркониевой бронзы методом многопроходной сварки трением с перемешиванием // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 2023. Т. 29. № 6. С. 66–83. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-6-66-83
  6. Лежнин Н.В., Макаров А.В., Валиуллин А.И., Котельников А.Б., Вопнерук А.А. Применение аддитивной технологии на основе сварки трением с перемешиванием для восстановления исходной геометрии изношенных плит кристаллизаторов МНЛЗ // Тяжелое машиностроение. 2023. № 11–12. С. 26–33.
  7. Bodyakova A., Malopfeev S., Tkachev M., Chistyukhina E., Mironov S., Lezhnin N., Fu Y., Makarov A., Kaibyshev R. Effect of friction-stir processing and subsequent aging treatment on microstructure and service properties of Cu-Cr-Zr alloy // Mater. Characterization. 2024. V. 216. P. 114225. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.114225
  8. Liu F.C., Feng A.H., Pei X., Hovanski Y., Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir based welding, processing, extrusion and additive manufacturing // Progr. Mater. Sci. 2024. V. 146. P. 101330. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101330.
  9. Lai R., He D., He G., Lin J., Sun Y. Study of the microstructure evolution and property response of a friction-stir-welded copper-chromium-zirconium alloy // Metals. 2017. V. 7. P. 381. https://doi.org/10.3390/met7090381
  10. Wang Y.D., Liu M., Yu B.H., Wu L.H., Xue P., Ni D.R., Ma Z.Y. Enhanced combination of mechanical properties and electrical conductivity of a hard state Cu-Cr-Zr alloy via one-step friction stir processing // J. Mater. Proc. Technol. 2021. V. 288. P. 116880. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116880.
  11. Wang Y.D., Liu F.C., Xue P., Zhang H., Wu L.H., Ni D.R., Xiao B.L., Ma Z.Y. Thermal stability behaviors of ultrafine-grained Cu-Cr-Zr alloy processed by friction stir processing and rolling methods // J. All. Compd. 2023. V. 950. P. 169957. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169957
  12. Wang Y.D., Zhu S.Z., Xie G.M., Wu L.H., Hue P., Ni D.R., Xia B.L., Ma Z.Y. Realizing equal-strength welding with good conductivity in Cu-Cr-Zr alloy via friction stir welding // Sci. Technol. Weld. Join. 2021. V. 26. P. 448–454. https://doi.org/10.1080/13621718.2021.1935151
  13. Wang Y.D., Xue P., Liu F.C., Wu L.H., Zhang H., Zhang Z., Ni D.R., Xiao B.L., Ma Z.Y. Influence of processing innovations on joint strength improvements in friction stir welded high strength copper alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 872. P. 144983. https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.144983
  14. Li Y., Zhang J., Fu R., Wang J., Lv H., Xing H. Synergistic improvement of strength and electrical conductivity in Cu–Cr–Zr alloys through prestrain-assisted friction stir processing // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 27. P. 564–573. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.09.262.
  15. Васильев П.А., Христофоров О.В., Данилов П.Г., Калинин А.Г., Осанов В.Н., Васильев И.П., Григорьев В.С. Машина фрикционной сварки “Малахит” // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 12. С. 537–544.
  16. Humphreys F.J. Quantitative metallography by electron backscatter diffraction // J. Micros. 1999. V. 195. P. 170–185. https://doi.org/10.1046/j.1365-2818.1999.00578.x
  17. Wilkinson A.J. A new method for determining small misorientations from electron back scatter diffraction patterns // Scripta Mater. 2001. V. 44. P. 2379–2385. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(01)00943-5
  18. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization andrelated annealing phenomena. Elsevier. 2004. 605 p.
  19. Mahajan S., Pande C., Imam M., Rath B. Formation of annealing twins in f.c.c. crystals // Acta Mater. 1997. V. 45. P. 2633–2638. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(96)00336-9
  20. Левит В.И., Смирнова Н.А., Давыдова Л.С. Двойникование и измельчение зерна при динамической рекристаллизации никелевого сплава // ФММ. 1989. Т. 8. № 2. С. 334–341.
  21. Mironov S., Inagaki K., Sato Y.S., Kokawa H. Microstructural evolution of pure copper during friction stir welding // Phil. Mag. 2015. V. 94. № 4. P. 367–381. https://doi.org/10.1080/14786435.2015.1006293
  22. Нестерова Е.В., Рыбин В.В. Механическое двойникование и фрагментация технически чистого титана при больших пластических деформациях // ФММ. 1985. Т. 59. С. 395–406.
  23. Fonda R.W., Knipling K.E. Texture development in friction stir welds // Sci. Technol. Weld. Join. 2011. V. 16. P. 288–294. https://doi.org/10.1179/1362171811Y.0000000010
  24. Mishin V., Shishov I., Kalinenko A., Vysotskii I., Zuiko I., Malopheyev S., Mironov S., Kaibyshev R. Numerical simulation of the thermo-mechanical behavior of 6061 aluminum alloy during friction-stir welding // J. Manuf. Mater. Proc. 2022. V. 6. № 4. P. 68. https://doi.org/10.3390/jmmp6040068
  25. Savoie J., Zhou Y., Jonas J.J., Macewen S.R. Textures induced by tension and deep drawing in aluminum sheets // Acta Mater. 1996. V. 44. P. 587–605. https://doi.org/10.1016/1359-6454(95)00214-6
  26. Charit I., Mishra R.S. Abnormal grain growth in friction stir processed alloys // Scripta Mater. 2008. V. 58. P. 367–371. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.09.052
  27. Humphreys F.J. A unified theory of recovery, recrystallization and grain growth, based on the stability and growth of cellular microstructures—II. The effect of second-phase particles // Acta Mater. 1997. V. 45. P. 5031–5039. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(97)00173-0
  28. Kalinenko A., Mishin V., Shishov I., Malopheyev S., Zuiko I., Novikov V., Mironov S., Kaibyshev R., Semiatin S.L., Mechanisms of abnormal grain growth in friction-stir-welded aluminum alloy 6061-T6 // Mater. Character. 2022. V. 194. 112473. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112473

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


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».