Caratterizzazione microstrutturale e prove di resilienza su giunti Friction Stir Welding e Linear Friction Welding di compositi a matrice metallica

In questo studio sono stati caratterizzati giunti Friction Stir Welding e Linear Friction Welding su compositi a matrice in lega di alluminio e rinforzo particellare ceramico. Il processo FSW è stato applicato a due compositi ottenuti con processo fusorio, quindi estrusi e trattati termicamente T6: AA6061/20%vol.Al2O3p e AA7005/10% vol.Al2O3p. I giunti LFW sono stati invece realizzati su un composito con matrice in lega di alluminio e rinforzo particellare in carburo di silicio, ottenuto mediante metallurgia delle polveri, quindi forgiato e trattato termicamente T4: AA2124/25%vol.SiCp. Sono stati esaminati gli effetti della saldatura sulle caratteristiche microstrutturali dei giunti, avvalendosi di tecniche di microscopia ottica con analisi di immagine e di microscopia elettronica in scansione (SEM) con microsonda a dispersione di energia (EDS). Sono state quindi condotte prove di resilienza con pendolo strumentato Charpy. Lo studio dei meccanismi di danneggiamento è stato effettuato mediante analisi al SEM delle superfici di frattura. Entrambi i processi di saldatura hanno portato a giunti sostanzialmente esenti da difetti. La microstruttura dei cordoni è risultata dipendente sia dalle caratteristiche microstrutturali iniziali dei compositi considerati, sia dalla tipologia di processo di saldatura. Nel caso dei compositi AA6061/20%Al2O3p e AA7005/10%Al2O3p saldati FSW si è osservato un sostanziale incremento di resilienza, rispetto al materiale base, in conseguenza dell’affinamento dei grani della matrice, della riduzione della dimensione media delle particelle di rinforzo e della loro spigolosità, indotte dal processo di saldatura. Il composito AA2124/25%SiCp saldato LFW ha presentato valori di resilienza confrontabili con quelli del materiale base, in conseguenza, soprattutto, dei limitati effetti della saldatura su dimensione e distribuzione delle particelle di rinforzo. This paper presents the effects of Friction Stir Welding (FSW) and Linear Friction Welding (LFW) on aluminium based metal matrix composites (MMCs) containing a ceramic particulate reinforcement. The FSW process has been carried out on two types of composite obtained by means of stir casting, extruded and T6 heat-treated: AA6061/20%vol.Al2O3p and AA7005/10%vol.Al2O3p. LFW joints have been realized on an aluminum based MMC obtained by powder metallurgy, forged and T4 heat-treated: AA2124/25%vol.SiCp. Optical Microscopes (OM) and Scanning Electron Microscopes (SEM) with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) microprobe have been used to characterize the effects of the welding processes on the microstructural properties of the joints. Instrumented impact strength tests have been carried out on Charpy samples and fractographic examination has been performed by SEM analysis of fracture surfaces. Both the welding processes permitted to obtain joints substantially defect-free. The microstructures of the joints were found to be dependent on both the initial microstructure of the composites and the welding process. With respect to the base metal, an increase on impact strength properties of AA6061/20%Al2O3p and AA7005/10%Al2O3p joined by FSW have been measured, due to the reduction of the grain size, aspect ratio and mean size of the reinforcement particles. The impact strength of the base AA2124/25%SiCp composite and LFW joints were found to be comparable, due to the limited effects of the welding process on the microstructure, which was already very fine in the base material.