[論文レビュー] Microstructure, mechanical properties and corrosion of friction stir welded 6061 Aluminum Alloy

Zhitong Chen, Shengxi Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2015

Advanced Welding Techniques Analysis参考文献 32被引用数 18

ひとこと要約

本研究は、摩擦攪拌溶接された6061アルミニウム合金の微細組織、機械的特性、および腐食挙動を調査した。動的再結晶化がネグゲットゾーンで発生することが判明し、熱影響部（HAZ）が最も高い腐食抵抗性を示し、母材が最も高い硬度を示した。破壊は微細組織の不均一性に起因してTMAZ-HAZ界面で発生した。

ABSTRACT

The microstructure, mechanical properties, and corrosion behavior of friction stir welded (FSW) AA6061 aluminum alloys were investigated. Dynamic recrystallized structures were observed and grain sizes of nugget zone (NZ), thermomechanically-affected zone (TMAZ), heat-affected zone (HAZ), and base material (BM) were different. Hardness test indicated that the minimum and maximum hardness values wereobtained in the HAZ and BM, respectively. Tensile results showed that fracture occurred in the relatively weak regions in between TMAZ and HAZ. Polarization tests illustrated that the FSW process improved the corrosion resistance of AA6061-AA6061 and the HAZ had better corrosion resistance than other regions. Raman characterizations revealed that aluminum hydroxide was the main corrosion product formed on Al after immersion experiments. Intergranular attack was observed in the NZ and downside by scanning electron microscopy.

研究の動機と目的

• 摩擦攪拌溶接された6061アルミニウム合金における微細組織の変化を分析すること。
• 特に引張挙動および硬度分布を評価すること。
• FSW後の異なるゾーン（ネグゲット、TMAZ、HAZ、母材）の腐食抵抗性を評価すること。
• 表面分析を用いて主な腐食生成物および破壊メカニズムを同定すること。
• FSW継ぎ目における微細組織的特徴と機械的・腐食的性能の相関関係を明らかにすること。

提案手法

• 制御されたパラメータを用いて6061アルミニウム合金板に摩擦攪拌溶接（FSW）を実施した。
• 溶接ゾーン全体の微細組織を観察するために、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡（SEM）を実施した。
• 溶接断面全体での微硬さ試験を実施し、硬度の変化をマッピングした。
• 引張試験を実施して強度および破壊位置を評価した。
• 電気化学的極化試験を実施し、異なるゾーンの腐食抵抗性を評価した。
• ラマン分光法を用いて、浸漬試験後に生成した腐食生成物を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 摩擦攪拌溶接は、6061アルミニウム合金の異なるゾーンにおいて微細組織にどのように影響を与えるか？
• RQ2 FSW 6061アルミニウム継ぎ目における破壊は通常どこから発生し、その原因となる微細組織的特徴は何か？
• RQ3 FSW 6061アルミニウムにおいて、熱影響部（HAZ）の腐食抵抗性は他のゾーンと比較してどうか？
• RQ4 浸漬暴露後にFSW 6061アルミニウムに形成される主な腐食生成物は何か？
• RQ5 動的再結晶化は、溶接ゾーンの機械的および腐食的挙動にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• ネグゲットゾーンで動的再結晶化が観察され、細粒組織が形成された。
• 母材が最も高い硬度を示したのに対し、HAZは最も低い硬度値を示した。
• 引張破壊は熱機械的影響部（TMAZ）と熱影響部（HAZ）の間の領域で発生し、この界面が最も弱い部分であると示された。
• 極化試験により、FSWプロセスが全体的な腐食抵抗性を向上させたことが確認され、特にHAZが他のゾーンと比較して優れた性能を示した。
• ラマン分光法により、浸漬後に生成した主な腐食生成物が水酸化アルミニウムであることが同定された。
• ネグゲットゾーン、特に下側面で粒界腐食が観察され、局所的腐食に対して感受性が高いことが示された。