Study on interface formation in dissimilar aluminum to galvanized steel welds during refill friction stir spot welding using load control

Autor: Ferrari, Vítor Ramos
Přispěvatelé: Koga, Guilherme Yuuki
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCAR
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
Popis: Não recebi financiamento In the current scientific and technological scenario, the increased demand for dissimilar joints aiming a combination of optimized mechanical properties has driven innovations. Based on this, the present project proposes an in-depth study to elucidate the metallurgical aspects involved in the interface formation of dissimilar welds between aluminum alloy (AA6016-T6) and Zn-coated DX56D steel joined by refill friction stir spot welding (RFSSW) using load control. The main process parameters effects were evaluated through statistical methods and analysis. Subsequently, the metallurgical aspect was assessed through multi-scale microstructural characterization (optical and electron microscopy), mechanical tests (lap shear and microhardness) and thermal measurements (differential scanning calorimetry and thermal cycle). For the studied dissimilar joints, Zn incipient melting coupled with the presence of a low temperature eutetic reaction for an overall chemical composition Al – 88.7 %at. Zn led to semi-solid structure formation. The presence of liquid phases was essential for the process lubrication and interface protection from oxide contamination. When rapidly dispersed along the stir zone, the Zn-rich liquid phases also presented a directly influence on interfacial reaction, enabling the sheets joining through Al5F2(Si) intermetallic compounds formation. Therefore, the complex relationship between microstructure and mechanical properties were discussed in terms of material flow and Zn-induced intermetallic compounds growth acceleration. The bake hardening presented a substantial influence on diffusional precipitation mechanisms, maximizing the joints ultimate lap shear strength while limiting the sheets secondary bending. Overall, the results highlight a great potential of load-controlled RFSSW method for producing high-strength dissimilar joints through short thermal cycles, which is favorable for applications in automotive industries. No atual cenário científico e tecnológico, a crescente demanda por juntas dissimilares visando à otimização das propriedades mecânicas tem promovido inovações. Neste contexto, o presente projeto propõe um estudo sobre as variáveis metalúrgicas envolvidas na formação de juntas entre a liga de alumínio AA6016-T4 e o aço galvanizado DX56D produzidas através do processo de soldagem por fricção por ponto controlado por carga. A influência dos principais parâmetros de processo foi avaliada empregando um planejamento estatístico de experimentos. Subsequentemente, os fenômenos metalúrgicos envolvidos na formação das juntas foram investigados através da caracterização microestrutural (microscopia ótica e eletrônica) mecânica (ensaios de cisalhamento e microdureza) e térmica (calorimetria exploratória diferencial e ciclo térmico). Para as juntas avaliadas, a fusão incipiente do Zn somada à existência de reações eutéticas de baixa temperatura para uma composição Al – 88,7 %at. Zn levaram formação de uma estrutura semi-sólida. A presença de fases líquidas foi fundamental para a lubrificação do processo e proteção da interface contra óxidos contaminantes. Quando rapidamente dispersas no interior da zona de mistura, as fases líquidas com elevado teor de Zn apresentaram grande influência na reação interfacial, possibilitando a junção dos materiais através da formação do composto intermetálico Al5F2(Si). Portanto, as complexas relações entre microestrutura e propriedades mecânicas foram discutidas em função do fluxo de material e do crescimento acelerado dos compostos intermetálicos induzido pela presença do Zn. O endurecimento por tratamento térmico apresentou uma influência substancial nos mecanismos difusionais de precipitação, maximizando a resistência ao cisalhamento da junta ao limitar a flexão secundária das chapas. De modo geral, os resultados evidenciam um grande potencial do processo de soldagem por fricção por ponto para produção de juntas dissimilares através de ciclos térmicos curtos, o que é favorável para aplicações de larga escala na indústria automotiva
Databáze: OpenAIRE
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