Mechanical and Fatigue Strength Assessment of Friction Stir Welded Plates of Magnesium Alloy AZ31B

Abstract

Light-alloys play a significant role in saving weight in automotive and aerospace industries; however, a few joining methods guarantee mechanical and fatigue strengths for high performance application. Even conventional arc welding processes do not offer constant quality joints. Therefore, this study uses an alternative solid-state welding process, friction stir welding (FSW), to analyze post processing microstructures and assess mechanical and fatigue strength. Magnesium alloy AZ31B plates were welded using different welding parameters in a dedicated FSW machine. The effect of the spindle speed (ω) and welding speed (ν) on the microstructure, the tensile strength and fatigue were studied. The stirred zone (SZ) at the FS-welded joints presented a microstructure composed by homogeneous equiaxial grains, refined by dynamic recrystallization. A rise in grain size, weld bead width, tensile and fatigue strengths with the increase of speed ratio (ω/ν) were observed. Results of the fatigue and mechanical strength here presented outperformed results from welds made with conventional milling machines. Key-words: Avaliação da Resistência Mecânica e à Fadiga de Chapas Soldadas por Atrito com Pino não Consumível da Liga de Magnésio AZ31BResumo: Ligas leves apresentam uma importante função na indústria, na redução de peso na indústria automotiva e aeroespacial. No entanto, poucos métodos de união garantem a resistência mecânica e de fadiga necessárias para aplicações de alto desempenho. Inclusive, processos convencionais de soldagem a arco, nem sempre fornecem juntas soldadas de qualidade. Portanto, este estudo usa um processo de soldagem alternativo em estado sólido, conhecido por soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC). São analisadas as microestruturas após soldagem, a resistência mecânica e de fadiga. Chapas de magnésio da liga AZ31B foram soldadas com diferentes parâmetros em uma máquina dedicada para SAPNC. Foram estudados os efeitos da velocidade de soldagem (ν), velocidade de rotação (ω) na microestrutura, resistência mecânica e de fadiga. A zona misturada (ZM) das juntas por SAPNC mostrou microestruturas compostas por grãos homogêneos e equiaxiais, refinados por recristalização dinâmica. Foi observado um aumento do tamanho de grão, largura do cordão, resistência mecânica e de fadiga com o aumento da relação de velocidade (ω/ν). Os resultados da resistência mecânica e fadiga apresentados ultrapassaram resultados de juntas similares realizadas em máquinas fresadoras convencionais.Palavras-chave: Magnésio AZ31B; Resistência à fadiga; Resistência mecânica; Soldagem por atrito com pino não consumível; SAPNC.