Caratterizzazione microstrutturale e meccanica di giunti in compostito AA6061/20 percent vol.Al_2O_(3P) ottenuti mediante Friction Stir Welding

摘要

Metal matrix composites (MMCs) are very attractive materials, due to their high stiffness, high temperature stability, and superior wear resistance compared to the unreinforced alloys. In particular, the discontinuously-reinforced .aluminium based composites, due to their lower cost and the possibility to be processed by conventional metal working processing (such as extrusion, forging, rolling) are excellent candidates for structural components in the aerospace and automotive industries. Despite the intense effort put into the development of high performance composites, relatively little work has been directed towards joining these materials. The ability to make economic and reliable joints in these materials will be an advantage in their commercial uptake, and without this capability, MMCs will be restricted to fewer applications. Both fusion and solid state processes have been applied to MMCs, and each technique showed advantages and disadvantages. The problems are related to the different melting points between the reinforcement and the matrix alloy, the different thermal coefficients and thermal conductivity, the interfacial chemical reactions between the reinforcements and the molten matrix alloy, and the inhomogeneous reinforcement distribution after welding. In recent years a new solid-state joining technique, the Friction Stir Welding (FSW) process, has been successfully applied to several Al alloys, leading to joint properties in some cases higher than that of the base material. The aim of the present work was to study the effect of the FSW process on the microstructure and, consequently, on the mechanical properties, of an aluminium matrix composite, based on the 6061 aluminium alloy, reinforced with 20vol. percent of Al_2O_(3p) particles. The as-cast composite was extruded, heat treated at the T6 condition, then Friction Stir Welded at the GKSS Research Institute (Geesthacht, Germany).%Nel presente articolo vengono descritti i risultati delle caratterizzazioni microstrutturali e meccaniche effettuate su giunti in composito AA6061/20 percent vol.Al_2O_(3p), ottenuti mediante Friction Stir Welding (FSW). Le analisi micro strutturali hanno evidenziato un sostanziale affinamento ed arrotondamento delle particelle di rinforzo nella zona FSW, indotto dall'utensile, oltre ad una diminuzione delle dimensioni dei grani della matrice, probabilmente conseguente a fenomeni di riscristallizzazione dinamica nel corso della saldatura. Non sono stati evidenziati fenomeni di segregazione del rinforzo, porosita o altri difetti microstrutturali tipici di processi di saldatura per fusione. I profili di microdurezza interparticellare hanno mostrato una diminuzione delle stessa in corrispondenza del cordone, che e stata correlata ad un probabile sovrainvecchiamento della matrice, generato dal calore sviluppato per attrito. Le prove di trazione hanno fornito un'efficienza del giunto pari a circa il 72 percent, rispetto alla resistenza a trazione. Le prove di fatica oligociclica hanno mostrato che il composito saldato resiste ad un numero di cicli inferiore fino ad un ordine di grandezza rispetto al composito base. Le analisi fratto grafiche hanno evidenziato meccanismi di frattura sostanzialmente analoghi per il composito saldato e non.