УДК 539.373, 539.24, 539.25

 

В данной работе представлен краткий обзор современных представлений об эволюции микроструктуры в ходе сварки трением с перемешиванием. Проанализированы общие закономерности этого процесса, а также экспериментальные методики, используемые для его изучения. Подробно рассмотрены особенности формирования микроструктуры в металлических материалах с различной кристаллической структурой, включая объемно-центрированную кубическую, гранецентрированную кубическую, а также гексагональную плотноупакованную. Показано, что эволюция микроструктуры во всех случаях представляет собой сложный процесс, включающий в себя геометрический эффект деформации, фрагментацию и прерывистую рекристаллизацию. Кроме того, в отдельных случаях может также иметь место механическое двойникование, образование двойников отжига, а также конвергенция зерен. Установлено, что активизация того или иного микроструктурного механизма в основном определяется кристаллической структурой материала и энергией дефекта его упаковки, но также в некоторой мере может зависеть от температуры процесса. В частности, формирование микроструктуры в кубических металлах с высокой энергией дефекта упаковки диктуется механизмом фрагментации, в то время как данный процесс в материалах с низкой энергией дефекта упаковки управляется прерывистой рекристаллизацией. В кристаллах с промежуточной величиной энергией дефекта упаковки может иметь место переход от фрагментации к прерывистой рекристаллизации с повышением температуры обработки. Показано, что формирование очень сильной кристаллографической текстуры в ходе сварки трением с перемешиванием гексагональных металлов может приводить к конвергенции соседних зерен.

Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, микроструктура, текстура, дифракция обратно рассеянных электронов 

 

Grain structure evolution during friction-stir welding

In this work, the current state of understanding of grain structure evolution during friction-stir welding is briefly reviewed. The broad aspects of this process and experimental techniques for its examination are critically addressed. The specific character of the microstructural evolutions in body-centered cubic, face-centered cubic and hexagonal close-packed metals are considered in details. In all cases, the grain structure evolution is shown to be a relatively complex process, which usually involves geometric effect of strain, continuous recrystallization and discontinuous recrystallization. Moreover, mechanical twinning, annealing twinning and grain convergence may also occur in particular cases. It is also demonstrated that activation of a specific microstructural mechanism is primarily governed by crystal structure and stacking fault energy but may also be influenced by welding temperature. Specifically, microstructure evolution in cubic metals with high stacking-fault energy is primarily governed by the continuous recrystallization whereas grain structure development in materials with low stacking-fault energy is mainly driven by the discontinuous recrystallization. In the case of transient stacking-fault energy, the materials may experience a transition from the continuous to the discontinuous mechanism. In hexagonal metals, microstructural changes are shown to be directly linked with crystallographic texture. Specifically, a formation of very sharp texture may promote the grain convergence.

Keywords: friction-stir welding, microstructure, texture, electron backscatter diffraction

 

S. Mironov, Y.S. Sato, H. Kokawa  Формирование микроструктуры при сварке трением с перемешиванием // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 1. - С. 5-14