АО «Самарский металлургический завод», Москва, Россия

А. М. Дриц, директор по развитию бизнеса и технологий, канд. техн. наук, эл. почта: dritsam@gmail.com

Московский политехнический университет, Москва, Россия

В. В. Овчинников, профессор, заведующий кафедрой материаловедения, докт. техн. наук, эл. почта: vikov1956@mail.ru

Р. Б. Резцов, аспирант кафедры материаловедения, эл. почта: anikron_91@mail.ru
Р. М. Шумейко, магистрант кафедры материаловедения, эл. почта: reginasumejko@gmail.com

Представлены результаты исследований механических и коррозионных свойств стыковых соединений плит толщиной 10 мм алюминиевого сплава 1901Т1, полученные односторонней сваркой трением с перемешиванием (СТП) на воздухе и в воде. Показано, что повышение скорости охлаждения соединения металла зоны перемешивания и зоны термического влияния способствует повышению значения временного сопротивления соединения и металла зоны перемешивания (шва) примерно на 1,5–2 % по сравнению с СТП на воздухе. При этом коэффициент прочности соединений находится на уровне 0,85–0,86. При сварке трением с перемешиванием плит из сплава 1901Т1 в воде обеспечивается формирование зоны перемешивания со средним размером зерна 5,33 мкм, а при СТП на воздухе средний размер зерна в шве составил 9,12 мкм. При СТП сплава 1901Т1 на воздухе и в воде разрушение сварного соединения при испытаниях на растяжение зарождается по зоне термомеханического воздействия и затем развивается по зоне термического влияния. При выполнении СТП в воде протяженность зоны термического влияния уменьшается примерно в 1,7–2,5 раза по сравнению с СТП на воздухе. Твердость зоны перемешивания после СТП на воздухе находится на уровне основного металла, а при СТП в воде превышает это значение. Дополнительное старение после СТП при температуре 170 ^oC в течение 2 ч приводит к снижению твердости всех структурных зон соединения, выполненного СТП на воздухе и в воде. Излом металла зоны перемешивания при испытании на растяжение как после сварки на воздухе и в воде, так и после дополнительного старения при температуре 170 ^oC в течение 2 ч имеет ярко выраженный вязкий характер с наличием характерных ямок на поверхности. Межкристаллитная коррозия основного металла составляет 85 мкм. При СТП на воздухе меж кристаллитной коррозии в равной степени подвержены и зона термического влияния (90 мкм), и зона перемешивания (металл шва) (96 мкм). В то же время при СТП в воде глубина межкристаллитной коррозии металла шва снижается до 27 мкм, а зоны термического влияния — до 35 мкм.

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда в рамках проекта № 22-19-00121 «Закономерности структурно-фазовых превращений в алюминиево-кальциевых сплавах, легированных цинком и магнием».

1. Дриц А. М., Овчинников В. В. Сварка алюминиевых сплавов (монография). — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательский дом «Руда и Металлы», 2020. — 476 с.
2. Арцруни А. А., Купрюнин Д. Г. Алюминиевая броня для военной техники. — М. : Издательство «Радио Софт», 2017. — 255 с.
3. Weglowski M. S. Friction stir processing – State of the art // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 18, Iss. 1. P. 114–129.
4. Xie G. M., Ma Z. Y., Geng L. Development of a fine-grained microstructure and the properties of a nugget zone in friction stir welded pure copper // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57, Iss. 2. P. 73–76.
5. Patel V. V., Badheka V., Kumar A. Influence of Friction Stir Processed Parameters on Superplasticity of Al – Zn – Mg – Cu Alloy // Materials and Manufacturing Processes. 2016. Vol. 31, Iss. 12. P. 1573–1582.
6. Пат. 2686494 РФ. Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов / Бакшаев В. А., Дриц А. М., Овчинников В. В., Григорьев М. В. ; заявл. 12.10.2018 ; опубл. 29.04.2019, Бюл. № 13.
7. Сриниваза Рао Т., Котесвара Рао С. Р., Мадхусудхан Редди Г. Микроструктура и особенности разрушения алюминиевого сплава АА7075-Т651, охлажденного в процессе сварки трением с перемешиванием // Металло ведение и термическая обработка металлов. 2019. № 6(768). С. 48–55.
8. Gupta A. K., Puram M. M. Fabrication of the composites (AA6082-T6/SiC) by using friction stir processing // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. P. 435–440.
9. Kalashnikov K. N., Tarasov S. Y., Chumaevskii A. V., Fortuna S. V. et al. Towards aging in a multipass friction stir–processed АА2024 // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 103, Iss. 5-8. P. 2121–2132.
10. Pereira P. H. R., Huang Y., Kawasaki M., Langdon T. G. Achieving superplasticity in fine-grained Al – Mg – Sc alloys // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1016. P. 11–17.
11. Лукин В. И., Бецофен С. Я., Пантелеев М. Д., Долгова М. И. Влияние термодеформационного цикла СТП на формирование структуры сварного соединения сплава В-1469 // Сварочное производство. 2017. № 7. С. 17–24.
12. Kumar K. S. A., Yogesha K. B. Experimental investigations to find the effect of post weld heat treatment (PWHT) on the microstructure and mechanical properties of FSW dissimilar joints of AA2024-T351 and AA7075-T651 // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 49. P. 243–249.
13. Nelson T. W., Steel R. J., Arbegast W. J. In situ thermal studies and post-weld mechanical properties of friction stir welds in age hardenable aluminium alloys // Science and Technology of Welding and Joining. 2003. Vol. 8, Iss. 4. P. 283–288.
14. Su J. Q., Nelson T. W., Sterling K. J. A new route to bulk nanocrystalline materials // Journal of Material Research. 2003. Vol. 18, Iss. 8. P. 1757–1760.
15. Дриц А. М., Овчинников В. В., Соловьева И. В., Бакшаев В. А. Свойства и структура соединений сплава 1151 системы Al – Cu – Mg, выполненных сваркой трением с перемешиванием с принудительным охлаждением шва // Цветные металлы. 2020. № 11. С. 70–76.
16. Дриц А. М., Овчинников В. В., Соловьева И. В., Бакшаев В. А. Влияние принудительного охлаждения при сварке трением с перемешиванием на структуру и свойства соединений алюминиевого сплава 1565чН116 // Цветные металлы. 2021. № 8. С. 50–57.
17. Zhang H. J., Liu H. J., Yu L. Microstructure and mechanical properties as a function of rotation speed in underwater friction stir welded aluminium alloys joints // Material and Design. 2011. Vol. 32. P. 4402–4407.
18. Sharma C., Dwivedi D. K., Kumar P. Influence of in-process cooling on tensile behavior of stir friction welded joints // Material and Design. 2011. Vol. 32. P. 4402–4407.
19. Papahn H., Bahemmat P., Haghpanahi M. Study on governing parameters of thermal history during underwater friction stir welding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 78. P. 1101–1111.
20. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. — Введ. 01.09.2019.

21. ГОСТ 6996–66. Методы определения механических свойств. — Введ. 01.01.1967.
22. ГОСТ Р ИСО 6705–1–2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. — Введ. 01.08.2008.
23. ГОСТ 9.021–74. Единая система защиты от коррозии и старения. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию. — Введ. 01.01.1975.
24. Humphreys F. J. Quantitative metallography by electron backscattered diffraction // Journal of Мicroscopy. 1999. Vol. 195, Iss. 3. P. 170–185.