BACKGROUND: Joining dissimilar materials is a complex but important task for industry as dissimilar materials are necessary in complex structures. This paper presents the results of microstructure optimization of a laser welded dissimilar Al-Cu-Li joint with different Cu/Li ratios.
AIM: The aim was to study the structure of a laser welded dissimilar Al-Cu-Li joint and to develop methods to improve this structure based on heat treatment.
METHODS: We used scanning electron microscopy, synchrotron radiation diffraction, and tensile testing. Synchrotron radiation (SR) diffraction allowed to detect lithium-containing phases, where they cannot be fully detected using less bright radiation sources due to their volume fraction and scattering.
RESULTS: The study shows that welding promotes creation of a mechanically unfavorable microstructure; dendritic grains of aluminum surrounded by an eutectic network of intermetallic compounds T1Al2CuLi, T2Al6CuLi3, and T3Al5CuLi3. In this state, the weld seam had low mechanical properties; tensile strength σВ was 252 MPa, yield strength σ0.2 was 184 MPa, and linear strain δ was 2.9%. Thermal quenching at 530 °C allowed to almost completely dissolve the eutectic network, which was confirmed by scanning electron microscopy. Artificial aging at 170 °C for 16 hours allowed for the recrystallization of the strengthening phases. As a result, the welded joint tensile strength σВ increased to 344 MPa, yield strength σ0.2 increased to 230 MPa and the linear strain δ increased to 4.8%.
CONCLUSION: The study allowed to identify the structure of laser welded dissimilar Al-Cu-Li joints and showed that this structure can be improved by heat treatment, ensuring a significant increase in both the strength properties and ductility of the joint.
Актуальность. Соединение разнородных материалов — сложная, но вместе с тем важная задача для промышленности, поскольку применение разнородных материалов в сложных конструкциях неизбежно. В данной статье приведены результаты работы по оптимизации микроструктуры разнородного лазерного сварного соединения Al-Cu-Li сплавов с различным соотношением Cu/Li.
Цель работы. Целью работы было изучение структуры лазерного сварного соединения между разнородными Al-Cu-Li сплавами, а также разработка методов улучшения этой структуре на основе термической обработки.
Материалы и методы исследования. В работе применялись методы растровой электронной микроскопии, дифракции синхротронного излучения, а также испытания на растяжение. Применение дифракции СИ позволило установить присутствие литий-содержащих фаз, объёмная доля и рассеивающая способность которых не позволяет в полной мере обнаружить их, используя менее яркие источники излучения.
Результаты. Показано, что сварка приводит к формированию неблагоприятной микроструктуры с точки зрения механических свойств — дендритные зёрна алюминия, окруженные эвтектической сеткой из интерметаллидных соединений T1Al2CuLi, T2Al6CuLi3 и T3Al5CuLi3. В таком состоянии сварной шов обладал низкими механическими свойствами: предел прочности σВ составлял 252 МПа, предел текучести σ0,2 184 МПа и относительное удлинение δ 2,9 %. Закалка при 530 °C позволила практически полностью растворить эвтектическую сетку, что было подтверждено растровой электронной микроскопией. Искусственное старение при 170 °C в течении 16 часов позволило добиться рекристаллизации упрочняющих фаз, что привело к увеличению предела прочности сварного соединения σВ до 344 МПа, предела текучести σ0,2 до 230 МПа и относительного удлинения δ до 4,8 %.
Заключение. В результате работы была установлена структура лазерных сварных соединения разнородных Al-Cu-Li сплавов, а также показано, что эту структуру можно улучшить при помощи термической обработки, таким образом достигая значительного прироста как прочностных свойств соединения, так и его пластичности.