Time-evolution of Heat Affected Zone (HAZ) of Friction Stir Welds of AA7075-T651

Friction Stir Welding (FSW) is a novel solid-phase welding process, which has proved to have a great potential for the realization of welded joints in materials with poor weldability such as heat-treatable aluminum alloys. However, the thermal cycles generated during FSW change the mechanical properties in heat affected zone (HAZ) due to two effects: over-age and re-dissolution of hardening precipitates. In other hand, the re-dissolved precipitates produce a evolution of both the microstructure and mechanical properties due to the natural aging phenomenon. The aim of this paper was to analyze the microstructural evolution in the HAZ of FSW joints in AA7075-T651 alloy. For this purpose samples FSW welded butt plate 4 mm in thickness. On the welded joint microstructural characterization was performed by light microscopy (LM), X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) and Vickers microhardness profiles (HV) after different elapsed times post welding. It was observed that the hardness increases with time after welding, due to the evolution of the phases present.Fil: Pastor, A.. Universidad Nacional de San Martin. Instituto Sabato; Argentina. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Física de Metales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Construcciones y Estructuras. Laboratorio de Materiales y Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería ; Argentin

Thermal stability of Friction-Stir Processed (FSP) magnesium alloys

La superplasticidad está caracterizada por una extensa deformación plástica previa a la fractura, generalmente a elevada temperatura. En el modo de superplasticidad por estructura fina, el deslizamiento de fronteras de grano es el mecanismo que controla la deformación superplástica. Para lograr esta estructura de grano fino se puede utilizar algún proceso que introduzca una deformación plástica severa, como el Procesamiento por Fricción Agitación (FSP). Sin embargo, se debe tener en cuenta la estabilidad térmica de la estructura obtenida, la cual está asociada a la capacidad que tiene la misma de soportar calentamientos sin que se produzca crecimiento anormal de grano. Por otra parte, el interés por obtener estructuras más livianas en la industria del transporte ha promovido a la incorporación de las aleaciones de magnesio.Superplasticity is defined by an extended plastic deformation previous to fracture, generally at high temperatures. In the mode of fine structures superplasticity, grain boundary sliding is the controlling mechanism. To achieve this fine grained structure it could be used any Severe Plastic Deformation (SPD) process like Friction Stir Processing (FSP). Nevertheless, it must be consider the thermal stability of the microstructure produced, which is related to its capacity to resist heating without experiment abnormal grain growth. The use of magnesium alloys has been promoted in the automotive industry in order to reduce weight of the structures. The aim of this work is to study the thermal stability of the AZ31 friction stir processed microstructure. Sheets of 3 mm thickness were obtained in as cast condition. These sheets were FSProcessed. Samples of AZ31 FSPed were heat treated to 300, 350, 400 and 450 ºC, during 10, 30 and 60 min. These 12 conditions plus the base material were microstructurally characterized. Vickers microhardness profiles were also measured. Grain growth kinetics was analyzed and related with time and temperature.Fil: Delfino, Pablo María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentin

Fatigue life of GMAW and PAW welding joints of boron microalloyed steels

Recently boron microalloyed steels have become an alternative in weight saving in structural elements in automotive industry,especially for parts like pillars and columns and reinforcements. These materials are used as quenched and tempered, reachingstrength values between 1000 and 1500 MPa. Welding is a relevant issue as a fabrication process in automotive industry, inparticular for high strength steels. Furthermore, fatigue life of these welded joints plays a very important role for theseapplications. Gas metal arc welding (GMAW) is one of the more widely used welding processes in automotive industry. Indeed,different aspects of plasma arc welding (PAW) make it an interesting option for these applications. The objective of this workwas to evaluate the fatigue life of GMAW and PAW welded joints of boron microalloyed steels, in a quenched and temperedcondition. Samples of 100×100 mm were butt welded by GMAW and PAW and microstructural and mechanically characterized.Fatigue curves were obtained for both processes in a four point bending configuration. It was observed that PAW welded sampleshad a higher fatigue life than those welded by GMAW. Weld bead toes of GMAW joints acted as geometric stress concentrators,being the main responsible for fatigue resistance reduction.Fil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Efecto del Tratamiento Térmico Post-Soldadura sobre la Microestructura y las Propiedades Mecánicas de un Acero 9Cr Depositado por FCAW

Los aceros 9Cr tienen suma importancia en la industria de generación termoeléctrica debido a sus marcadas resistencias al creep y a la corrosión. La soldabilidad de estas aleaciones es un punto crítico dado que encuentran diversas aplicaciones en equipos de construcción soldada. Las propiedades mecánicas requeridas se logran luego de un tratamiento térmico post soldadura (PWHT). Este trabajo estudió el efecto del PWHT sobrela microestructura y las propiedades mecánicas de soldaduras 9Cr utilizando un alambre tubular flux-coredexperimental, mediante un proceso semiautomático bajo protección de gas Ar-20%CO2. Se realizaron PWHT adiferentes temperaturas y tiempos. Se analizó la composición química y se realizaron ensayos de tracción adistintas temperaturas, ensayos de impacto tipo Charpy-V y de microdureza Vickers. Se estudiaron lasmicroestructuras mediante difracción de rayos X (XRD), microscopía óptica (OM) y electrónica de barrido(SEM). En todos los casos se detectó una matriz martensítica con presencia de precipitados inter eintragranulares. En la condición como soldado (AW) se halló ferrita-δ. Se comprobó que la dureza cayó y laenergía de impacto aumentó con el PWHT. La mayor resistencia a alta temperatura se logró con un PWHT desolubilizado a 1150°C y un doble revenido a 660°C

Thermal Cycles and Residual Stresses in FSW of Aluminum Alloys: Experimental Measurements and Numerical Models

In the present work longitudinal residual stresses obtained by different methods, numerical and experimental, in Friction Stir Welding (FSW) process for AA7075 were analyzed. The experimental method employed for residual stresses measurements was sectioning, whereas the numerical is a finite element (FEM) thermomechanical coupled model which does not consider the stir in the material. The effect of travel speed during FSW was also analyzed, measuring with strain gages positioned in several points at different distances from weld centerline. From the obtained residual strains, the stress values, stress variation against weld centerline distance and null stress point were calculated. Numerical and experimental stress values agree in order of magnitude, being greater in numerical method inside stir zone's edge and even outside, and smaller at some point towards the end of plate. Stress variation against weld centerline distance and null stress position vary in different ways for each method. This phenomenon agrees with another works, and it could be related with no consideration of the stir process in the numerical method. Thus, it has been developed a simplified finite element model which averages in magnitude experimental residual stress in FSW.Fil: Buglioni, Luciano. Instituto Nacional de Tecnología Industrial;Fil: Tufaro, Leonardo Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Industrial;Fil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"

Effect of welding parameters on heat generation mechanisms in friction stir welding of AA5083 aluminium alloy

Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state welding process which has revolutionized several industries in the last thirty years. The heat needed to produce the joint is generated by friction at the tool-workpiece interface and plastic deformation of the material, being affected by parameters like tool rotational speed, travel speed, axial load and tool geometry, among others. The objective of this work was to analyse the energy transformations during FSW of AA5083 aluminium alloy in order to achieve a better comprehension of the whole process, and particularly the heat generation mechanisms and material flow, which will define the quality of the joint. Experimental measurements of process parameters and conceptual analytical and numerical models were implemented. Consumed electric current, axial load and thermal cycles were acquired during FSW of AA5083 plates, for different rotational and travel speeds. From these measurements, different magnitudes (heat and torque) associated to the energy transformations were calculated. The relationships between welding parameters, generated heat and torque, sticking and sliding components and contact condition were analysed and related with material flow. The sticking heat was always higher than the sliding one, even when contact condition was closer to pure sliding. For a giving heat input, a higher sticking component produced an increase in the material flow.Fil: Tufaro, Leonardo Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Buglioni, Luciano. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica; Argentin

Effect of Post-Weld Heat Treatment on Microstructural Evolution and Abrasive Wear of Nanostructured Fe-Based Hardfacing

New multi-component alloys have been recently developed for applications in coatings deposited by welding. These microstructures consist on the precipitates of ultra-hard carbo-borides in a matrix with high hardness. Post-weld heat treatment is a relevant aspect to adjusting the final propierties of the deposit. In the present work, the microstructural evolution, phase properties and resistance to abrasive wear of a Fe-Cr-Nb-B-C-Si-Mn alloy deposited on a low carbon steel by semi-automatic welding process were studied. The samples were heat treated for 3 hours at temperatures between 500 and 900°C. They were compared with respect to the samples "as welded". The microstructure was analized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and transmission electron microscopy. A microstructure formed by tetragonal carboborides M2B and niobium carbides, with a microhardness of 1800 HV and 2440 HV, respectively, in a matrix formed by high hardness martensite (870 HV) was observed. The post-weld heat treatment produced the tempering of the martensite and the precipitation of secondary carbides from 500 to 800°C, producing a decrease in hardness with increasing temperature. In the specimen heat-treated at 900°C, the hardness increased at 1130 HV, reaching higher values than those obtained in the "welded" condition (940 HV), due to the formation of martensite and M23X6 carbides. A linear relationship was found between hardness and abrasive wear rate.Fil: Gramajo, Jonathan Nahuel. Universidad Nacional de Lomas de Zamora; ArgentinaFil: Gualco, Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Lomas de Zamora; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Effect of Welding Parameters on Nanostructured Fe-(C, B)-(Cr, Nb) Alloys

New nanostructured Fe-(Nb,Cr)-(C,B) multicomponent alloys have been developed for hardfacing application. They have better wear resistance than traditional Fe-Cr-C alloys. The nanoalpha- Fe, eutectic and hard carboborides phases of the weld metal usually show variations with the welding procedure. 6 test samples with different heat input were welded. It was observed that the percentage of eutectic phase and the distance between carboborides increased for the high heat input. Microhardness of eutectic phases showed a linear relationship with the spacing. Samples with high percentage of alpha-Fe phases showed a severe plastic deformation. Wear resistance was optimal for thinner eutectics phases. The presence of needles carboborides improved wear resistance.Fil: Gramajo, Jonathan Nahuel. Universidad Nacional de Lomas de Zamora; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Gualco, Agustín. Universidad Nacional de Lomas de Zamora; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Thermal stability of aluminum alloys processed by friction-stir (FSP)

El conformado superplástico (SuperPlastic Forming: SPF) se ha constituido en el último tiempo como un proceso tecnológico de gran potencial basado en el comportamiento superplástico que evidencian diversas aleaciones, encontrando aplicaciones para las industrias aeronáutica, aeroespacial y automotriz. Este comportamiento permite alcanzar deformaciones de hasta 8000%, debido al mecanismo de deslizamiento de bordes de grano (Grain Boundary Sliding: GBS). En la superplasticidad por estructuras finas (Fine Structure Sperplasticity: FSS), el afino del tamaño de grano favorece el mencionado mecanismo de deformación. El procesamiento de materiales mediante Fricción-Agitación (FSP del inglés Friction Stir Proccesing) es un tema de reciente desarrollo y produce un fuerte refinamiento de grano. La estabilidad de la estructura fina con la temperatura es un aspecto fundamental, siendo escasos los estudios sistemáticos realizados sobre la influencia de los parámetros de procesamiento sobre la estabilidad térmica de las microestructuras obtenidas mediante FSP. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la estabilidad térmica de aleaciones de aluminio procesadas por FSP. Se procesaron muestras de aluminio AA5052, AA5088 y AA7075, bajo distintas condiciones de velocidades de rotación y de avance. Sobre muestras extraídas se aplicaron diversos ciclos térmicos a temperaturas ente 310 y 550ºC, analizando la estabilidad térmica de la microestructura obtenida. Se determinaron las temperaturas críticas para el inicio del crecimiento anormal de grano (Abnormal Grain Growth: AGG). Se observó una fuerte influencia de los parámetros de procesamiento, aumentando la estabilidad a medida que disminuye el índice de velocidades.Superplastic forming (SPF) has become in recent times as a potential technological process based on the superplastic behavior that demonstrate different alloys, finding applications in aerospace, aeronautic and automotive industries. This behavior allows reaching strains of 8000% due to the mechanism of grain boundary sliding (GBS). In fine structure superplasticity (FSS), the refinement of grain size favors the above deformation mechanism. The processing of materials by friction-stir (FSP) is a newly developing issue and produces a strong grain refinement. The thermal stability of the fine structure produced is a key aspect, whereby only few systematic studies on the influence of processing parametres on thermal stability of the microstructures obtained by FSP are available. The aim of this study was to evaluate the thermal stability of aluminum alloys processed by FSP. Samples of AA5052, AA5088 and AA7075 were processed by Friction Stir, under different rotation and feed speeds. Extracted samples were heat treated to different temperatures, between 310 and 550°C, analyzing the thermal stability of the microstructure. Critical time and temperatures were determined for the start of abnormal grain growth (AGG). A strong influence of processing parameters on microstructural evolution was detected. It was observed that stability increased with decreasing the rate of speeds.Fil: Dieguez, Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica; ArgentinaFil: Svoboda, Hernán Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Construcciones y Estructuras. Laboratorio de Materiales y Estructuras; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica; Argentin

Efecto del calor aportado y la cantidad de capas en soldaduras de recargue de aceros inoxidables dúplex avanzados

Los aceros inoxidables dúplex se caracterizan por poseer una estructura dual constituida por ferrita y austenita, cuya relación entre ambas fases es cercana a 1. Poseen una combinación de buenas propiedades de tracción, tenacidad y resistencia a la corrosión, que dependen de la relación entre las fases mencionadas y de la composición química. Son ampliamente utilizados en las industrias de procesos químicos y, fundamentalmente, de petróleo y gas. El desarrollo de los aceros inoxidables dúplex ha seguido dos caminos: la mejora de las propiedades a través del aumento de elementos de aleación como el cromo, molibdeno y nitrógeno (súper dúplex y hyper dúplex) o la disminución de molibdeno y níquel, balanceando la composición química con agregados de N, que conducen al desarrollo de los aceros lean dúplex. En particular, estos últimos fueron desarrollados para competir con los aceros inoxidables austeníticos en muchas aplicaciones donde se requiere alta resistencia mecánica y una mayor resistencia a la corrosión localizada. La soldadura de recargue, recubrimiento o cladding es utilizada en la industrias de fabricación y reparación para aumentar la durabilidad de los componentes a menores costos. Las propiedades superficiales del recubrimiento dependen de la composición química y la microestructura en esa zona, las que a su vez quedan definidas por la dilución y el procedimiento de soldadura. El objetivo de este trabajo fue el de estudiar el efecto del calor aportado (alto y bajo) y de la cantidad de capas (una y dos) del recargue con aceros inoxidables dúplex y lean dúplex sobre la composición química, macroestructura, dilución, microestructura y dureza. El procedimiento de soldadura empleado fue diseñado para obtener 4 cupones de recargue con cada consumible (dúplex y lean dúplex): cupones con 1 y 2 capas soldados con bajo y alto calor aportado (modificando únicamente la velocidad de soldadura). El aumento del aporte térmico, generó un aumento en la penetración, el ancho y el alto de los cordones, una menor dilución y un mayor contenido de ferrita. El equilibrio microestructural en recargues con aceros inoxidables dúplex y lean dúplex está controlado principalmente por el grado de dilución y en menor por el calor aportado.Duplex steels are characterized by a dual structure consisting of ferrite and austenite which relationship should be close to 1. They have a combination of good tensile properties, toughness and corrosion resistance, depending on the relationship between the phases mentioned above and chemical composition. They are widely used in chemical process industries and mainly in oil and gas. The development of duplex stainless steels has followed two paths: improved properties by increasing alloying elements such as chromium, molybdenum and nitrogen (super duplex and hyper-duplex) or decreasing molybdenum and nickel, balancing the chemical composition by the addition of N, leading to the development of lean duplex steels. In particular, the last steels were developed to compete with the austenitic stainless steel in many applications where high strength and enhanced resistance to localized corrosion are required. Corrosion resistance cladding is used in the manufacturing and repair industries to increase component durability and low costs. The surface properties of the coating depend on the chemical composition and the microstructure in the area, which in turn are defined by the dilution and the welding process. The objective of this work was to study the effect of heat input (high and low) and the number of layers (one and two) of the cladding with lean duplex steels and duplex stainless steels on the chemical composition, macrostructure, dilution, microstructure and hardness. The welding process used was designed so as to obtain 4 coupons for each consumable (duplex and lean duplex) with 1 and 2 layers welded with high and low heat input (modifying only the welding speed). The increased heat input, generated an increase in penetration, the width and height of the beads, lower dilution and higher ferrite content. Microstructural balance is primarily controlled by the degree of dilution and to a lesser extent, the heat input