The effect of friction stir processing on 5083-H321/5356 Al arc welds: Microstructural and mechanical analysis

Abstract

Friction stir processing (FSP) is used locally to modify the microstructure and thus mechanical properties of 5083-H321/5356 aluminum gas metal arc welds (GMAWs). Four specimen approaches were examined: as-arc welded, weld toe FSP (with arc weld on either the advancing or the retreating side of tool), and weld crown FSP. Microstructures within the fine-grained FSP region contained smaller constituent particles, Mg 2 Si and Al 6 (Fe,Mn), than those particles found in the arc weld nugget, heat-affected zone (HAZ), and base-metal (BM) locations. The FSP improved the monotonic tensile strength, yield strength, and elongation of 5083-H321/5356 Al arc welds by 6 to 9 pct, 7 to 13 pct, and 46 to 80 pct, respectively. The addition of FSP produced a 30 pct increase in the load necessary to reach 10 7 cycles during four-point bending fatigue. An analysis of strengthening mechanisms determined that solid-solution, grain-size, and precipitation strengthening made contributions to the calculated yield strength of the BM, arc weld nugget, and FSP regions. In addition, the strength mechanism analysis demonstrated that FSP increased the amount of grain-size strengthening and precipitate strengthening by nearly 110 MPa, when compared to the arc weld nugget.

Effect of tool geometry on friction stir processing and fatigue strength of MIG T welds on Al alloys

“…This hardening is common for FS welds in this alloy, especially when it is in soft condition, as mentioned by Fuller et al (2006). A small softening can also be observed in heat affected zones of processed layers, due to annealing of the base material.…”

Efectos de la aplicación de tratamientos isotérmicos sobre el tamaño de grano y la dureza de aleaciones de aluminio AA5083-H116

“…La dureza media del material medida experimentalmente fue de 95 ± 2 HV en estado de entrega [2,4]. La observación de las fases por microscopia electrónica y su identificación por medio de microanálisis químico (Figura 4), han permitido la identificación de los precipitados Al 6 (Mn, Fe) y () Al 3 Mg 2 en la estructura, coincidiendo con el resultado obtenido a través de simulación termodinámica de transformaciones de fase en equilibrio y que, corresponde al tipo de (segundas) fases esperadas en aleaciones de aluminio AA5083 [12][13][14]. Los precipitados intermedios del tipo () Al 3 Mg 2 se encuentran bordeando los contornos de grano, mientras que los precipitados de mayor tamaño Al 6 (Mn, Fe) aparecen dispersos ocupando posiciones intergranulares, preferentemente [14].…”

“…Una explicación plausible para el incremento observado podría asociarse con las coincidencias en el cambio de tamaño de grano advertidos en el intervalo entre 100°C a 180°C, donde ocurre la recristalización en el material, lo que es coincidente con algunas observaciones experimentales [13,[15][16]. No obstante, de acuerdo con el termograma DSC, mostrado en la Figura 9, existe una primera reacción endotérmica que inicia próxima a los 50°C y finaliza en torno de los 166°C, alcanzado su valor pico en 70°C.…”

“…Seguida de la reacción endotérmica sobreviene una región de reacción exotérmica cuyo valor máximo es observado a166°C y cuya extensión total va hasta casi los 250°C, coincidente con el intervalo de temperaturas donde se ha remarcado la disolución de la fase . El análisis anterior, permite deducir que el inicio del proceso de recristalización del material estudiado está dentro del intervalo entre 150°C y 180°C, siendo un valor más bajo que el reportado en la literatura para este tipo de materiales [13][14]. Es probable asociar la reducción de la temperatura de inicio de la recristalización con el particular estado de fuerte deformación del material en su condición -H116 [15].…”

Dynamic recrystallization phenomena during laser-assisted friction stir processing of a precipitation hardened nickel base superalloy

“…(i) FSP as a post-weld treatment: FSP have been used to modify the microstructure of fusion welds to improve their mechanical properties as well as to reduce weld discontinuity [9][10][11].…”