Stir zone material flow patterns during friction stir welding of heavy gauge AA5056 workpieces and stability of its mechanical properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Friction stir welding and processing are almost identical processes of severe plastic deformation at elevated temperatures. These technologies differ mainly in the purpose of its use: the formation of a hardened surface layer or producing a welded joint. However, it is known that both during welding and during processing of heavy gauge workpieces temperature gradients occur. As a result, the conditions of adhesive interaction, material plastic flow, and the formation of the stir zone change as compared to thin-sheet workpieces with fundamentally different heat dissipation rates. In this connection, the purpose of the work is to determine the regularities of the structure formation and stability of the mechanical properties in different directions in the material of 35-mm-thick aluminum-magnesium alloy samples produced by friction stir welding/processing. Research Methodology. The technique and modes of friction stir welding and processing of AA5056 alloy workpieces with a thickness of 35 mm are described. Data on the equipment used for mechanical tests and structural research are given. Results and discussion. The data obtained show the excess mechanical properties of the processing zone material over the base metal ones in all studied directions. Material structure heterogeneities after friction stir welding/processing of heavy gauge workpieces have no determining effect on the stir zone properties. At the same time, there is no clear correlation between the tensile strength values and the load application direction, nor is there any significant difference in mechanical properties depending on the location of the samples inside the stir zone. The average ultimate tensile strength values in the vertical, transverse, and longitudinal directions are 302, 295 and 303 MPa, respectively, with the yield strength values of 155, 153 and 152 MPa, and the relative elongation of 27.2, 27.5, 28.7 %.

About the authors

T. A. Kalashnikova

Email: gelombang@ispms.tsc.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, gelombang@ispms.tsc.ru

V. A. Beloborodov

Email: vabel@ispms.ru
cientific research institution – Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, vabel@ispms.ru

K. S. Osipovich

Email: osipovich_k@ispms.tsc.ru
ISPMS SB RAN, osipovich_k@ispms.tsc.ru

A. V. Vorontsov

Email: vav@ispms.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Science, vav@ispms.ru

K. N. Kalashnikov

Email: kkn@ispms.tsc.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, kkn@ispms.tsc.ru

References

  1. Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2005. – Vol. 50, iss. 1. – P. 1–78. – doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001.
  2. Friction stir welding of aluminium alloys / P.L. Threadgill, A.J. Leonard, H.R. Shercliff, P.J. Withers // International Materials Reviews. – 2009. – Vol. 54, iss. 2. – P. 49–93. – doi: 10.1179/174328009X411136.
  3. Balasubramanian V. Relationship between base metal properties and friction stir welding process parameters // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 480, iss. 1–2. – P. 397–403. – doi: 10.1016/j.msea.2007.07.048.
  4. Effects of Sc and Zr on mechanical property and microstructure of tungsten inert gas and friction stir welded aerospace high strength Al-Zn-Mg alloys / Y. Deng, B. Peng, G. Xu, Q. Pan, Z. Yin, R. Ye, Y. Wang, L. Lu // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 639. – P. 500–513. – doi: 10.1016/j.msea.2015.05.052.
  5. Optimum condition by mechanical characteristic evaluation in friction stir welding for 5083-O Al alloy / M.S. Han, S.J. Lee, J.C. Park, S.C. Ko, Y.B. Woo, S.J. Kim // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2009. – Vol. 19. – P. 17–22. – doi: 10.1016/S1003-6326(10)60238-5.
  6. Miranda A.C.O, Gerlich A, Walbridge S. Aluminum friction stir welds: Review of fatigue parameter data and probabilistic fracture mechanics analysis // Engineering Fracture Mechanics. – 2015. – Vol. 147. – P. 243–260. – doi: 10.1016/j.engfracmech.2015.09.007.
  7. Chennaiah M.B., Kumar K.R., Sridhar V. Influence of tool profiles on similar Al-5083 alloys using friction stir welding // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 46. – P. 8032–8037. – doi: 10.1016/j.matpr.2021.02.787.
  8. Sabari S.S., Malarvizhi S, Balasubramanian V. Characteristics of FSW and UWFSW joints of AA2519-T87 aluminium alloy: Effect of tool rotation speed // Journal of Manufacturing Processes. – 2016. – Vol. 22. – P. 278–289. – doi: 10.1016/j.jmapro.2016.03.014.
  9. Friction stir welding of dissimilar aluminum alloys AA2219 to AA5083 – Optimization of process parameters using Taguchi technique / M. Koilraj, V. Sundareswaran, S. Vijayan, S.R. Koteswara Rao // Materials and Design. – 2012. – Vol. 42. – P. 1–7. – doi: 10.1016/j.matdes.2012.02.016.
  10. Fracture behaviour of friction stir welded dissimilar aluminium alloys / N.Z. Khan, A. Maqbool, T. Ahmad, A.N. Siddiquee, Z.A. Khan // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 46. – P. 6688–6691. – doi: 10.1016/j.matpr.2021.04.158.
  11. Microstructural evolution and mechanical performance of Al-Cu-Li alloy joined by friction stir welding / A. Naumov, F. Isupov, E. Rylkov, P. Polyakov, M. Panteleev, A. Skupov, S.T. Amancio-Filho, O. Panchenko // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9, iss. 6. – P. 14454–14466. – doi: 10.1016/j.jmrt.2020.10.008.
  12. Structural heredity of the aluminum alloy obtained by the additive method and modified under severe thermomechanical action on its final structure and properties / T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, V.E. Rubtsov, K.N. Kalashnikov, E.A. Kolubaev, A.A. Eliseev // Russian Physics Journal. – 2020. – Vol. 62, iss. 9. – P. 1565–1572. – doi: 10.1007/s11182-020-01877-z.
  13. Microstructural analysis of friction stir butt welded Al-Mg-Sc-Zr alloy heavy gauge sheets / T. Kalashnikova, A. Chumaevskii, K. Kalashnikov, S. Fortuna, E. Kolubaev, S. Tarasov // Metals. – 2020. – Vol. 10, iss. 6. – P. 1–20. – doi: 10.3390/met10060806.
  14. Severe friction stir processing of an Al-Zn-Mg-Cu alloy: Misorientation and its influence on superplasticity / A. Orozco-Caballero, O.A. Ruano, E.F. Rauch, F. Carreño // Materials and Design. – 2018. – Vol. 137. – P. 128–139. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.10.008.
  15. Multifractal analyses of serrated flow in friction stir processed Al–Mg–Sc alloy / J. Xie, X.P. Chen, L. Mei, P. Ren, G.J. Huang, Q. Liu // Materials Science and Engineering: A. – 2020. – Vol. 786. – P. 139436. – doi: 10.1016/j.msea.2020.139436.
  16. Anil Kumar K.S., Murigendrappa S.M., Kumar H. A bottom-up optimization approach for friction stir welding parameters of dissimilar AA2024-T351 and AA7075-T651 alloys // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2017. – Vol. 26, iss. 7. – P. 3347–3367. – doi: 10.1007/s11665-017-2746-z.
  17. Microstructure of in-situ friction stir processed Al-Cu transition zone / A. Zykova, A. Chumaevskii, A. Gusarova, T. Kalashnikova, S. Fortuna, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov // Metals. – 2020. – Vol. 10, iss. 6. – P. 818. – doi: 10.3390/met10060818.
  18. Regularities of structural changes after friction stir processing in materials obtained by the additive method / A.V. Gusarova, A.V. Chumaevskii, K.S. Osipovich, K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova // Nanoscience and Technology: An International Journal. – 2020. – Vol. 11, iss. 3. – P. 195–205. – doi: 10.1615/NanoSciTechnolIntJ.2020033694.
  19. A review of friction stir processing of structural metallic materials: process, properties, and methods / A.P. Zykova, S.Yu. Tarasov, A.V. Chumaevskiy, E.A. Kolubaev // Metals. – 2020. – Vol. 10, iss. 6. – P. 772. – doi: 10.3390/met10060772.
  20. The mechanical properties of different alloys in friction stir processing: a review / A. Chaudhary, A. Kumar Dev, A. Goel, R. Butola, M.S. Ranganath // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 2. – P. 5553–5562. – doi: 10.1016/j.matpr.2017.12.146.

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».