Friction stir processing (FSP) and superplasticity

Abstract

FSP is an allied technology of friction stir welding (FSW). The development and applications of these technologies are reviewed and additional considerations such as processing pattern and step over distance between successive passes in FSP are discussed. The deformation field for a rotating and advancing tool is not symmetric about the axis of tool motion. Thus, various spiral patterns with step over distances less than the tool pin diameter result in replacement of advancing interfaces (tool tangential velocity and traversing speed add) retreating interfaces (tool tangential velocity and traversing speed subtract) and greater homogeneity of the resulting stir zone microstructures. Microstructures formed as a result FSP often exhibit refined and uniform distributions of non-deforming constituents as well as highly refined grain structures, and superplastic response following FSP of wrought 7XXX and 5XXX Al alloys has been achieved. The application of multi-pass FSP to cast metals, including continuously cast (CC) AA5083 and AA356 as well as a Na modified Al-7Si will be summarized and the conversion of as-cast microstructures to a wrought condition in the absence of external shape change will be shown. Grain refinement is the result of recrystallization during the rapid thermomechanical cycle of FSP. The mechanisms involved in homogenization of constituent particle distributions remains to be determined. The FSP-induced superplastic response of the AA5083 will be documented. In contrast, grain refinement in the Na modified Al-7Si alloy was insufficient to support superplasticity.Keywords: friction stir processing, recrystallzation, grain refinement, micrsotructure homogenization, particle refinement, microstructure stability, superplasticity Обработка трением с перемешиванием (ОТП) и сверхпластичностьОбработка трением с перемешиванием (ОТП) представляет собой технологию, родственную технологии сварки трением с перемешиванием (СТП). Дан обзор развития и применения этих технологий и обсуждены дополни-тельные вопросы, такие как схема обработки и длина шага по поверхности между последовательными проходами при ОТП. Поле деформации для вращающегося и движущегося поступательно инструмента несимметрично отно-сительно направления движения инструмента. Поэтому различные спиральные схемы обработки с длиной шага менее диаметра наконечника инструмента приводят к замене интерфейсов движущейся вперед стороны (тан-генциальная скорость инструмента и скорость поступательного движения складываются) интерфейсами движу-щейся назад стороны (тангенциальная скорость инструмента и скорость поступательного движения вычитаются) и к более высокой однородности микроструктуры зоны перемешивания. Микроструктуры, формируемые в ре-зультате ОТП, часто демонстрируют однородное распределение измельченных недеформируемых составляющих, а также сильно измельченную зеренную структуру, и после ОТП кованых алюминиевых сплавов 7XXX и 5XXX достигается сверхпластическое поведение. Обобщены данные о применении многопроходной ОТП к литым ме-таллам, включая с...

Friction stir welding industrialisation and research status

“…The production of new materials, by mixing reinforcing particles in metallic subtracts [93, 94] or by solid-state stirring of materials with very different properties/melting points, such as the production of intermetallic alloys [95] and metallic foams [96, 97], are other important applications of the FSP techniques. As specific applications of processing in bulk/surface enhancement may be referred the improvement of casting properties through the suppression of pores, grain refinement and homogenisation of phase composition [98], or the production of superplastic materials [99, 100]. Surface enhancement may be obtained either by microstructural refinement or by an in situ production of composite layers.…”

The effect of ultrasonic impact-frictional treatment on the surface roughness and hardening of 09Mn2Si constructional steel

“…Перспективным направлением в улучшении свойств различных материалов является поверхностное пластическое деформирование. Существует ряд методов для создания на поверхности металла упрочненного слоя с измельченной структурой в результате интенсивного механического воздействия: фрикционная [1,2] и дробеструйная обработки [3], ультразвуковая обработка шариками в вакууме [4] или инструментом, колеблющимся с ультразвуковой частотой [5,6], обработка трением с перемешиванием [7] и другие. Преимуществом таких обработок является возможность изменять свойства поверхности при сохранении структуры изделия в целом и создавать благоприятные сжимающие напряжения в упрочненном слое с плавным переходом к основе [8].…”