ANALIZA STRUKTURY ZŁĄCZA PA38/AZ31 WYTWORZONEGO METODĄ ZGRZEWANIA DYFUZYJNEGO

W artykule przedstawiono analizę struktury złącza stop aluminium (PA38)–stop magnezu (AZ31) wytworzonego metodą zgrzewania dyfuzyjnego. Za pomocą mikroskopu optycznego i elektronowego mikroskopu skaningowego przeprowadzono szczegółowe badania metalograficzne. Skład chemiczny strefy złącza określono metodą mikroanalizy rentgenowskiej (EDS). Wykonano również pomiary mikrotwardości metodą Vickersa łączonych materiałów i strefy złącza. W wyniku procesu zgrzewania uzyskano trwałe połączenie. Strefa złącza, o grubości ok. 50 µm, miała budowę dwuwarstwową. Od strony stopu PA38 w złączu zidentyfikowano grubszą warstwę (ok. 40 µm) fazy międzymetalicznej Al₃Mg₂, od strony stopu AZ31 cieńszą warstwę (ok. 10 µm) fazy międzymetalicznej Mg17Al12. W mikrostrukturze strefy złącza od strony stopu PA38 na tle osnowy fazy Al₃Mg₂ stwierdzono obecność drobnych cząstek fazy Mg₂Si. Od strony stopu AZ31, na tle fazy Mg₁₇Al₁₂, obserwowano lokalnie iglaste cząstki fazy Al-Mn-Si. Na podstawie pomiarów mikrotwardości stwierdzono, że strefa złącza zbudowana głównie z faz międzymetalicznych Mg-Al charakteryzuje się kilkukrotnie wyższą mikrotwardością w porównaniu z łączonymi stopami.

Pełny tekst (pdf)

1. Dziadoń A.: Magnez i jego stopy, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2012.

2. Dziadoń A., Mola R.: Magnez – kierunki kształtowania własności mechanicznych, Obróbka Plastyczna, 24 (2013) 253-277.

3. Musfirah A.H., Jaharah A.G.: Magnesium and aluminum alloys in automotive industry, J. Applied Sci. Research, 8 (2012) 4865-4875.

4. Borrisutthekul R., Miyashita Y., Mutoh Y.: Dissimilar material laser welding
   between magnesium alloy AZ31B and aluminum alloy A5052-O, Sci. Technol.
   Advanced Mater., 6 (2005) 199-204.

5. Zhang H.T., Song J.Q.: Microstructure evolution of aluminum/magnesium lap joints welded using MIG process with zinc foil as interlayer, Materials Letters, 65 (2011) 3292-3294.

6. Hayat F.: The effects of the welding current on heat input, nugget geometry, and the mechanical and fractural properties of resistance spot welding on Mg/Al dissimilar materials, Materials and Design, 32 (2011) 2476-2484.

7. Liu L.M., Tan J.H., Zhao L.M., Liu X.J.: The relationship between microstructure and properties of Mg/Al brazed joints using Zn filler metal, Materials Characterization, 59 (2008) 479-483.

8. Morishige T., Kawaguchi A., Tsujikawa M., Hino M., Hirata T., Higashi K.:
   Dissimilar welding of Al and Mg alloys by FSW, Materials Trans., 49 (2008)
   1129-1131.

9. Sato Y.S., Park S.H.C., Michiuchi M., Kokawa H.: Constitutional liquation during dissimilar friction stir welding of Al and Mg alloys, Scripta Materialia, 50 (2004) 1233-1236.

10. Kwon Y.J., Shigematsu I., Saito N.: Dissimilar friction stir welding between magnesium and aluminium alloys, Materials Letter, 62 (2008) 3827-3829.

11. Mróz S., Stradomski G., Dyja H., Galka A.: Using the explosive cladding method for production of Mg-Al bimetallic bars, Arch. Civil Mech. Eng., 15 (2015) 317-323.

12. Liu P., Li Y., Geng H., Wang J.: A study of phase constitution near the interface of Mg/Al vacuum diffusion bonding, Materials Letters, 59 (2005) 2001-2005.

13. Li Y., Liu P., Wang J., Ma H.: XRD and SEM analysis near the diffusion bonding interface of Mg/Al dissimilar materials, Vacuum, 82 (2008) 15-19.

14. Mahendran G., Balasubramanian V., Senthilvelan T.: Developing diffusion bonding windows for joining AZ31B magnesium-AA2024 aluminium alloys, Materials
    Design, 30 (2009) 1240-1244.

15. Dziadoń A., Mola R., Błaż L.: Formation of layered Mg-eutectic composite using diffusional process at the Mg-Al interface, Arch. Metall. Mater., 56 (2011) 677-684.

16. Zhu B., Liang W., Li X.: Interfacial microstructure, bonding strength and fracture of magnesium-aluminum laminated composite plates fabricated by direct hot pressing, Mater. Sci. Eng. A, 528 (2011) 6584-6588.

17. Dietrich D., Nickel D., Krause M., Lampke T., Coleman M.P., Randle V.: Formation of intermetallic phases in diffusion-welded joints of aluminium and magnesium
    alloys, J. Mater. Sci., 46 (2011) 357-364.

18. Mola R.: Microstructure of AlSi17/Mg joints fabricated by diffusion bonding at
    different temperatures, 26^th Int. Conf. Metallurgy and Materials, METAL 2017.

19. Liu X.B., Chen R.S., Han E.H.: Preliminary investigation on the Mg-Al-Zn/Al
    laminated composite fabricated by equal channel angular extrusion, J. Mater. Proc. Technol., 209 (2009) 4675-4681.

20. Zhang X.P., Yang T.H., Castagne S., Wang J.T.: Microstructure; bonding strength and thickness ratio of Al/Mg/Al alloy laminated composites prepared by hot rolling, Mate. Sci. Eng. A, 528 (2011) 1954-1960.

21. Binotsch C., Nickel D., Feuerhack A., Awiszus B.: Forging of Al-Mg compounds and characterization of interface, Procedia Eng., 81 (2014) 540-545.

22. Wierzba A., Mróz S., Szota P., Stefanik A., Mola R.: The influence of the asymmetric ARB process on the properties of Al-Mg-Al multi-layer sheets, Arch. Metall. Mater., 60 (2015) 2821-2825.

23. Bae J.H., Prasada Rao A.K., Kim K.H., Kim N.J.: Cladding of Mg alloy with Al by twin-roll casting, Scripta Materialia, 64 (2011) 836-839.

24. Hajjari E., Divandari M., Razavi S.H., Emami S.M., Homma T., Kamado S.: Dissimilar joining of Al/Mg light metals by compound casting process, J. Mater. Sci., 46 (2011) 6491-6499.

25. Mola R., Bucki T., Dziadoń A.: Microstructure of the bonding zone between AZ91 and AlSi17 formed by compound casting, Arch. Foundry Eng., 17 (2017) 202-206.

26. Włosiński W., Jakubowski J., Krajewski A., Woźniczka M.: Zgrzewanie dyfuzyjne stopów na bazie NiAl i Ni₃Al ze stalą St3S, Przegląd Spawalnictwa, 77 (2005) 2-6.

27. Ossowski M., Hudycz M., Wierzchoń T.: Struktura i właściwości kompozytów
    warstwowych: stop tytanu – fazy międzymetaliczne z układu Ti-Al. Przegląd Spawalnictwa, 79 (2007) 13-16.

28. Szwed B., Konieczny M.: Influence of diffusion bonding parameters on the structure and properties of titanium and stainless steel joints with copper interlayer, J. Achiv. Mater. Manuf. Eng., 67 (2014) 21-25.

29. Poradnik spawalniczy, WNT, Warszawa 1967.

30. Okamoto H.: Al-Mg (Aluminum-Magnesium), J. Phase Equilibria, 19 (1998) 598.

31. Braszczyńska-Malik K.: Precipitates of gamma-Mg₁₇Al₁₂ phase in Mg-Al alloys, Magnesium alloys – design, Processing and Properties, Frank Czerwiński (ed.), InTech, 2011, pp. 95-112.