STUDIO DELL EVOLUZIONE MICROSTRUTTURALE INDOTTA DA FRICTION STIR WELDING IN GIUNTI SKIN-STRINGER (2024/T4-7075/T6)

STUDIO DELL EVOLUZIONE MICROSTRUTTURALE INDOTTA DA FRICTION STIR WELDING IN GIUNTI SKIN-STRINGER (2024/T4-7075/T6) P.Leo, E.Cerri, L. Frtini, G.Buff Università del Slento, Fcoltà di Ingegneri, Diprtimento di Ingegneri dell Innovzione, 73100 Lecce: pol.leo@unislento.it Università degli Studi di Plermo, Fcoltà di Ingegneri, Diprtimento di Tecnologi Meccnic, Produzione e Ingegneri Gestionle, Plermo SOMMARIO Il processo di sldtur Friction Stir Welding (FSW) consente di relizzre giunzioni llo stto solido grzie l mescolmento dell leg e l clore prodotto per ttrito d un utensile che penetr ruot e vnz tr i lemi d sldre. In questo lvoro si è studit l evoluzione microstrutturle indott dl processo suddetto in giunti sovrpposizione skin-stringer 2024/T4-7075/T6 sldti velocità di rotzione dell utensile fiss (R= 500rpm) m differenti velocità di vnzmento dello stesso. Tle ccoppimento è utilizzto in cmpo erospzile per l giunzione di prti dell fusolier (skin) ll struttur portnte degli erei. L nlisi microstrutturle h rigurdto si il mterile se (MB) delle leghe sldte 2024 e 7075, che l sezione trsversle dei vri giunti ed è stt sviluppt medinte tecniche di microscopi ottic ed elettronic. I giunti sono stti crtterizzti nche dl punto di vist meccnico lungo lo spessore medinte prove di microdurezz. Le proprietà meccniche rilevte sono stte quindi spiegte sull se delle evoluzioni microstrutturli osservte. Al fine di chirire il legme microstrutturmicrodurezz dei diversi giunti è stt nche vlutt l rispost del MB di entrmi gli elementi sldti trttmenti termici (TT) lle temperture estreme coinvolte nel processo di sldtur (rispettivmente 450 C e 250 C). Prole chive: 2024-T4, 7075-T6, skin-stringer, FSW( Friction stir welding), dimensione dei grni, microdurezz, resistenz meccnic INTRODUZIONE L FSW (Friction Stir Welding) è un tecnic di sldtur revettt dll TWI (The Welding Institute) nel 1991. Si trtt di un processo llo stto solido che non port fusione il mterile d sldre consentendo quindi l sldtur di leghe difficili. Il mterile viene portto llo stto plstico grzie l clore sviluppto dl movimento reciproco dei pezzi d sldre e dell utensile che ruotndo e vnzndo ll interno delle zone d sldre ne gener l giunzione [1,2,3]. L utensile è composto d un prte cilindric dett spll (shoulder) che gener l ttrito ed impedisce l mterile plsticizzto di fuoriuscire dll zon del giunto, e d un punt (pin), che provoc il mescolmento del mterile in prossimità dell sse del giunto. Il flusso del mterile durnte il processo è prticolrmente complesso [4]. Considerndo l microstruttur di un sezione trsversle dei giunti sldti per friction ( perpendicolre ll direzione dello spostmento dell utensile) si può osservre un flusso plstico simmetrico e identificre due zone definite dvncing side e retreting side poste i lti dell line medi del cordone e designte sull se delle direzioni delle velocità di rotzione e di vnzmento [5]. In genere l microstruttur dell zon sldt è interesst d fenomeni di ddolcimento [1,6] indotti dll incremento di tempertur in tutte le zone

coinvolte nel processo e definite termo-meccnicmente ltert (TMAZ), termicmente ltert (HAZ) e di nugget. Quest ultim è nche interesst d fenomeni di ricristllizzzione dinmic [1,2,15-20]. L microstruttur indott dll FSW h in lcuni csi determinto performnce trzione del giunto fino l 90% di quelle esiite dl mterile se [3]. I giunti sovrpposizione sono mpimente utilizzti per l ssemlggio di prti e prodotti delle industrie eronutiche. In prticolre i pnnelli vengono spesso sldti stringer e profili proprio nell configurzione sovrpposizione. Nelle stesse industrie trovno mpi ppliczione le leghe ste sull serie 2000 e 7000 per le loro proprietà di resistenz e leggerezz che però sono difficili d sldre con le tecnologie fusione dl momento che le proprietà meccniche ne risultno fortemente degrdte (perdono fino l 40% di resistenz trzione rispetto l mterile non sldto cus dell incremento dell dimensione del grno nell zon sldt e dell struttur dendritic nell zon termo-meccnicmente ltert). Spesso poi è nche necessrio ccoppire le due leghe in sldture che ne ottimizzino le proprietà meccniche [7]. Prticolrmente nel settore eronutico quindi il processo di sldtur per FSW costituisce un ottim lterntiv lle tecniche trdizionli. In questo studio si sono nlizzte le crtteristiche microstrutturli e meccniche di giunti sovrpposizione sldti FSW e processti utilizzndo diverse velocità di vnzmento dell utensile e l stess velocità di rotzione. Lo studio in oggetto è l prim fse di un lvoro molto più mpio che h come oiettivo quello di legre le crtteristiche di processo (geometri dell utensile e prmetri di processo) quelle microstrutturli e quindi meccniche dell sldtur in sovrpposizione l fine di individure le condizioni tecnologiche che grntiscno delle uone performnce dei giunti. Inftti seene molti lvori sono stti sviluppti sull effetto delle vriili di processo sulle crtteristiche meccniche[8-11] dei giunti sldti per FSW, lo stto dell rte indic che ncor poco si è lvorto su giunti sovrpposizione per i quli l ricerc si è concentrt soprttutto sull nlisi delle proprietà ftic [12-14]. 1.TECNICHE SPERIMENTALI L tipologi dei giunti studiti con l indiczione dei mterili di cui sono costituiti è riportt in Fig.1 e. Si trtt di ccoppimenti skin & stringer rispettivmente in AA2024-T4 ed AA7075-T6 in cui lo stringer è un profilto d S per cui il giunto risult sovrpposizione. L geometri del giunto è rppresentt in Fig.1c. Le leghe che utilizzte sono ste sul sistem Al-Cu-Mg (2024) e Al-Zn-Mg (7075) invecchite rispettivmente T4 (soluilizzzione e invecchimento nturle) e T6 ( soluilizzzione e invecchimento rtificile). Si trtt di leghe d elevt resistenz meccnic, ulteriormente migliorile medinte trttmento termico. L composizione limite delle leghe è riportt nell Tell1. I giunti sono stti processti ll stess velocità di rotzione (R= 500rpm) m differenti velocità di vnzmento ( V=35mm/min, 50mm/min, 100mm/min) con un utensile di geometri indict in Fig.2. Il processo di sldtur è stto effettuto imponendo un ffondmento dello shoulder di 0,2mm nel lto AA 7075 e un ngolo di inclinzione (nuting) di 2. In Fig.2 è riportt un immgine reltiv l sistem di loccggio degli elementi d sldre. Ad ogni condizione di processo è ssocito un differente pporto termico che è stto rilevto medinte utilizzo di termocoppie inglote nell dvncing side (AS) nell lmin 2024 2,5mm e 0,5mm dl ottom dell stess e dll sse di sldtur. Sull se dei dti di tempertur registrti si è indicto con l letter H (High, lto pporto termico) il giunto

processto ll mssim velocità di vnzmento, con L (Low, sso pporto termico) il giunto processto ll minim velocità di vnzmento) e con M (Medium, medio pporto termico) il giunto processto ll velocità di 50mm/min). c Fig. 1: immgine dell tipologi di giunti nlizzte (), schemtizzzione delle leghe di cui sono costituiti i giunti (), crtteristiche dimensionli del giunto (c) Tell 1: composizione chimic limite ( % in peso ) per le leghe AA2024 e AA7075 Leg Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti AA 2024 mx 0.5 % mx 0.5 % d 3.8 4.9 % d 0.3 0.9 % d 1.2 1.8 % mx 0.10 % mx 0.25 % mx 0.05 % AA 7075 mx 0.40 % mx 0.5 % d 1.20 2.0 % mx 0.30 % d 2.1 2.9 % d 0.18 0.28% d 5.1 6.1% mx 0.20 % Fig. 2 : geometri dell utensile utilizzto () e sistem di loccggio degli elementi d sldre () Il mterile se e l sezione trsversle dei giunti sono stt nlizzti medinte microscopi ottic ed elettronic. Per le nlisi l microscopio ottico si è utilizzto il Nikon Epiphot 200

si dopo preprtiv metllogrfic stndrd dei cmpioni che dopo preprtiv e ttcco chimico (Keller). Nell zon di Nugget si è nche utilizzt l osservzione in luce polrizzt per l qule i cmpioni sono stti sottoposti d elettropolishing (80ml perclorico cido, 120ml cqu distillt, 800ml etnolo, 20V) ed nodizzzione (regente Brker). L microscopi elettronic su microscopio dotto di micronlisi (JEOL JSM-6480 LV, SEM FIB ZEISS 1540, nd IXRF System SphinX 130) h consentito un migliore identificzione delle fsi, e l verific delle evoluzioni microstrutturli indotte dl processo di sldtur non rilevili con gli ltri strumenti di indgine. Per qunto rigurd l crtterizzzione meccnic dei giunti e del mterile se sono stte eseguite si prove di microdurezz che prove di trzione T- Pull-test. L sezione trsversle del giunto è stt indentt utilizzndo un microdurometro Vichers con crico impostto di 500gr/15s secondo quttro linee orizzontli, prllele tr loro, con psso pri 1mm e distnti 1,5mm dlle estremità lterli e superiori dell sezione come schemtizzto in Fig.2. Anche sul mterile se le impronte sono stte effettute in direzione perpendicolre ll sse di sldtur. Fig. 3: schemtizzzione dei punti dell sezione del giunto in cui sono stte eseguite le indentzioni Vichers (0,5/15) Trttmenti in tempertur sono stti effettuti temperture rispettivmente di 450 C e 250 C e tempi di 1,2,e 3min sul mterile se AA2024 e AA7075 per immersione in gno di sli fusi e rffreddmento in ri. Lo scopo è quello di isolre l effetto dell tempertur d quello dell gitzione meccnic che invece giscono contempornemente durnte l sldtur e meglio interpretre le possiili evoluzioni microstrutturli indotte dl processo. Misure di microdurezz HV (0,5/15s) e conduciilità elettric (60KHz) sono stte effettute sul mterile trttto termicmente per crtterizzrlo e sono stte confrontte con quelle rilevte nelle diverse zone dei giunti. 2.ANALISI DEI RISULTATI E DISCUSSIONE 2.1 Anlisi microstruttur mterile se e discussione Il mterile se di entrmi gli elementi costituenti il giunto è stto crtterizzto nelle zone indicte e definite in Fig.4. L elemento 2024 è stto sldto nello stto T4 ( soluilizzzione + invecchimento nturle in genere di pochi giorni). L leg 2024 inftti stilizz le proprie proprietà meccniche per invecchimento nturle con incremento di resistenz indotto dll formzione di zone GP ( Guiner-Preston). L nlisi microstrutturle in microscopi ottic in entrme le sezioni di Fig.4 h consentito di individure le fsi CuMgAl 2 (grossolne tondegginti) e Cu 2 FeAl 7

(grossolne morfologi irregolre) sull se dell loro morfologi (Fig.5,) [20,21]. L identificzione delle fsi è stt confermt dll nlisi in microscopi elettronic con micronlisi. E noto inftti che nello stto T4 le fsi se di mgnesio risultno in prte indissolte così pure i precipitti di equilirio CuAl 2 second del contenuto di Cu, dell tempertur di soluilizzzione (che in genere è di 495 C) e dell velocità di rffreddmento. Inoltre l nlisi delle due sezioni h indicto che l direzione di lminzione dell elemento 2024 coincide con quell di vnzmento dell utensile, come risult dll llungmento dei grni (Fig.5c) e dl firing degli intermetllici. Fig. 4: identificzione delle zone degli elementi in cui è stt eseguit l crtterizzzione microstrutturle del mterile se (MB) e denominzione delle stesse Al 2 CuMg c Al 7 Cu 2 Fe Fig. 5 : Leg AA2024 MB: microgrfi ottic senz ttcco chimico con individuzione morfologic delle fsi () microgrfi SEM con identificzione fsi sull se dell nlisi composizionle (),microgrfi SEM dell sezione longitudinle dell elemento con ttcco chimico che consente di individure l direzione di lminzione (concorde con quell di vnzmento dell utensile) L elemento 7075 è stto invece trttto T6. L leg in questione non stilizz le proprietà meccniche con il T4 per cui si rende necessrio l invecchimento in tempertur dopo l soluilizzzione. L nlisi l microcopio ottico e l SEM con micronlisi, Fig.6, h consentito l individuzione di prticelle di morfologi irregolre se di ferro tipo Al 7 Cu 2 Fe e di prticelle Al 2 CuMg (Fig.6), di prticelle più piccole di form tondegginte tipo Mg 2 Si (Fig.6,). Sono stti inoltre individuti precipitti tipo MgZn 2 ordo grno e ll interno del grno (Fig.6c).

I vlori medi di microdurezz rilevti nelle sezioni trsversli indicte in Fig.4 e nell direzione perpendicolre ll sse di sldtur sono 55,4±1,2 e 159,7± 6,3 rispettivmente per l leg 2024 e per l 7075. c MgZn 2 d e Fig. 6 : Leg AA 7075 MB: microgrfi ottic senz ttcco chimico con individuzione delle fsi sull se dell morfologi () microgrfi SEM con identificzione fsi sull se dell nlisi composizionle (,c), microgrfi ottic dell sezione trsversle (d) e longitudinle (e) con ttcco chimico che consente di individure firing nell direzione longitudinle 2.2 Anlisi microstruttur giunti e discussione ( TT sttici) L Fig.7 schemtizz l sezione trsversle del giunto e le zone interesste d evoluzioni microstrutturli secondo qunto riportto in lettertur e un puzzle dell sezione trsversle dei giunti oggetto di studio ottenuto componendo un serie di microgrfie ottiche. Nonostnte i ssi ingrndimenti è possiile individure l stir zone form di cino. L nlisi ingrndimenti superiori l microscopio ottico (Fig.8) effettuto nelle zone indicte in Fig.7 h consentito di rilevre un microstruttur grni ricristllizzti nei punti C,H (Fig.8,e) un orientmento nell zon TMAZ (Fig.8,c) e pprentemente nessun evoluzione nell HAZ rispetto l mterile se. H inoltre consentito di rilevre un interessnte llinemento (firing) di seconde fsi nell direzione perpendicolre ll sse di sldtur nelle zone di nugget. In Fig.9 sono riportte le microgrfie SEM reltive lle zone C e O di Fig.7. Seguendo un ordo di grno è possiile osservre delle prticelle crtteristiche, che ppiono più ingrosste nel Nugget (Fig.9) rispetto ll HAZ (Fig.9). Dl confronto tr le microgrfie di Fig.9 e 9 è nche possiile osservre un ingrossmento delle prticelle ll interno del grno. L micronlisi rilevto in queste prticelle Mg e Zn. Inoltre si sono nche individuti come composti Al-Cu-Fe, gli intermetllici responsili del firing nel nugget.

Fig. 7 : Schemtizzzione delle zone di interesse dell sezione trsversle del giunto (), ricostruzione del giunto H medinte microgrfie ottiche 5X e indiczione delle ree nlizzte di seguito ingrndimenti superiori e l SEM () Fig. 8 : microgrfie ottiche di lcune delle zone di interesse riportte in Fig. 7: zon A (), zon C (), Zon L (c), zon D (d), zon H (e), zon M(f), zon E(g). Il Firing degli intermetllici è evidente in Fig.8. L Fig. 10 riport l nlisi l microscopio elettronico effettut sul mterile se e nell zon dicente ll H di Fig.7 nel lto 2024 e nell zon E. Ad elevti ingrndimenti nel MB (Fig 10) è stto possiile osservre un notevole densità di prticelle che in se ll micronlisi, lle condizioni di trttmento T4 e qunto riportto in lettertur potreero essere se Al-Cu-Mg o Al-Cu. Nell Zon di nugget (Fig 10), è stto possiile qulittivmente individure un riduzione di densità di tli prticelle e d ingrndimenti superiori dell stess zon (Fig.10d) si sono individute prticelle fini dll morfologi listello crtteristiche

dell fse di equilirio S dell leg 2024 [21]. In Fig.10c è riportt l microgrfi SEM dell zon E di Fig.8. Anche qui è stto possiile osservre un riduzione di densità di precipitti rispetto l MB. Fig. 9 : microgrfie SEM dell zon O () e zon C () di interesse riportte in Fig.7: c d Fig. 10 : microgrfie SEM del mterile se dell leg 2024T4 () e di lcune delle zone di interesse riportte in Fig.7: suito sotto l zon H (), zon E (c), microgrfi più elevto ingrndimento dell zon prossim l nugget (d). Per chirire le evoluzioni microstrutturli nel cordone si sono sottoposti trttmento in tempertur ( definito sttico ) i MB di entrmi gli elementi sldti l fine di verificre l sensiilità degli stessi ll permnenz lle lte (450 C) e sse (250 C) temperture che intervengono durnte il processo e isolre l effetto termico d quello meccnico dell utensile. Il confronto dei vlori di durezz e di conduciilità esiiti dl mterile se e dl MB sottoposto trttmento sttico ( Fig.11) consente di verificre che per revi esposizioni lle lte T l leg 7075 esiisce un forte decremento di durezz mentre l leg 2024 esiisce solo un lieve clo in relzione l diverso livello di indurimento. I livelli di conduciilità indicno che lle lte T c è stt dissoluzione per l leg 7075. Per qunto rigurd l esposizione sse T, l 2024 esiisce invece un leggero incremento di durezz proprio perché lo stto di invecchimento T4 comport un mggiore sovrssturzione dell mtrice rispetto l T6 mentre l 7075 mntiene l durezz prticmente costnte, in questo cso le conduciilità rimngono prticmente costnti se si consider l errore. Quindi, nche sull

se dei rispettivi digrmmi di stto è possiile ffermre che l 7075 è più sensiile ll esposizioni lle lte T che cus decremento di durezz mentre l 2024 è più sensiile ll esposizione lle sse T che invece, su tempi revi cus un leggero incremento di durezz. I dti di conduciilità rilevti lungo il ottom del giunto e lungo il ottom dell elemento 7075 nel nugget in direzione dell line di sldtur sono inferiori quelli del mterile se prim del TT sttico ( 21±0,7 nugget 7075 Vs 22,5±0,1 7075MB e 24,6±0,05 ottom 2024 Vs 26,7±0,1). Per l elemento ottom 2024 i vlori inferiori di conduciilità indicno un incremento del contenuto di tomi in SS ( soluzione solid) e quindi giustificno l dissoluzione delle prticelle rilevte nel MB ( Fig.10) oltre che delle GP. Per il lto 7075 invece nessun considerzione si può fre sul legme tr tomi in SS e l riduzione di conduciilità per il contriuto resistivo dei grni ricristllizzti. In Tell 2 è riportto il risultto per i giunti oggetto di studio dell sttistic dell dimensione dei grni effettut su 9 microgrfie per ciscun giunto prelevte nell zon di nugget in corrispondenz del punto C,H e nel punto intermedio. Si sull sse del nugget che nelle zone dicente d entrmi i lti. L dimensione dei grni può considerrsi pressocchè costnte seene il giunto L esiisc il minimo vlore medio, in ccordo con l stori termic che verrà discuss nel prgrfo successivo e che prevede il rggiungimento dell mssim tempertur registrt solo per i giunti H ed M. Tell 2: dimensione medi dei grni rilevt nel nugget dei giunti Giunto Rpm mm/s Dimensione grni H 500 100 4,0 µm ± 0,4 M 500 50 3,3 µm ± 0,4 L 500 35 3,1 µm ± 0,3 HV (0,5/15) 160 140 120 100 80 55 50 45 40 35 30 TT sttico 450 C su MB conduciilità elettric 2024 conduciilità elettric 7075 HV 2024 HV 7075 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Tempo (min.) 30 28 26 24 22 20 conduciilità elettric [Ms/m] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Tempo (min.) Fig. 11 : durezz e conduciilità elettric in funzione del tempo di permnenz in tempertur per l elemento 2024 e 7075 450 C () e 250 C () HV(0,5/15) 180 160 140 120 100 65 60 55 50 TT sttico 250 C MB Conduciilità elettric 2024 Conduciilità elettric 7075 HV2024 Hv7075 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 conduciilità elettric [Ms/m] 2.3 Anlisi prmetri di processo, stori termic, proprietà meccniche e discussione Le temperture rilevte durnte il processo e i tempi di permnenz in tempertur sono rppresentte in Fig.12. Le più lte, superiori i 500 C, si registrno solo nel cso di giunti sldti processti 100mm/min e 50mm/min d cui l designzione (H,M,L). Vi vi che le

temperture diminuiscono, i tempi di permnenz in tempertur tendono diventre più omogenei. Fig. 12 : istogrmm delle T rilevte 2,5mm dll sse di sldtur e rispettivmente 2,5mm () e 0,5mm () dl ottom dell elemento 2024 L Fig.13 (,,c) rppresent i vlori di microdurezz rilevti nell sezione del giunto secondo qunto schemtizzto in Fig.3 (digrmmti in funzione dell distnz dll sse di sldtur) mentre in Fig.13 d,e sono riportte le medie totli delle microdurezze di ciscun giunto rilevte nell elemento 7075 e nel 2024. L nlisi delle singole curve evidenzi il clssico ndmento cmpn nel top e nel ottom del giunto (definimo Top l prte superiore del giunto ex elemento 7075- e ottom l prte inferiore ex elemento 2024). E possiile inoltre osservre che nel top i vlori mssimi di durezz sono sempre inferiori o uguli quelli esiiti dl MB e che si pprossimno ll microdurezz del MB qunto più è ridotto l pporto termico (giunto L). Inoltre nche i minimi vlori di durezz nel top umentno l ridursi dell pporto termico. L ndmento delle curve di durezz l top può essere spiegto considerndo l sensiilità dell leg lle lte temperture. Più lt l tempertur rggiunt nel giunto (giunto H) e mggiore il decremento di durezz imputile durnte il processo si ll dissoluzione dei precipitti fini derivnti dll invecchimento l picco (Fig.11) che ll ingrossmento di quelli ordo grno in seguito ll esposizione del giunto temperture inferiori quelle di solvus e l rffreddmento del giunto dopo il processo (Fig.9c). Anche qulor ci fosse riprecipitzione l rffreddmento tli precipitti risultereero necessrimente meno indurenti di quelli di picco nche per effetto dell ricristllizzzione dinmic (più punti di nuclezione eterogene). Queste considerzioni spiegno il trend dei minimi vlori di durezz rggiunti nel Top ( Fig.13 d) crescenti dl giunto H l giunto L e spiegno nche il trend dei mssimi vlori, nch essi crescenti, m superiori per effetto indurente imputile ll ricristllizzzione dinmic ( Fig.12 d). Nel ottom del giunto invece i vlori minimi di durezz sono sempre mggiori o uguli quelli esiiti dl MB e i mssimi vlori sono molto superiori quelli del mterile se. Ciò può essere spiegto considerndo che nel ottom l dissoluzione impost dlle T elevte di processo non comport un forte decdimento di durezz rispetto llo stto T4 ( Fig.11 ) m determin comunque un incremento di tomi in SS (soluzione solid) che si rendono disponiili per l successiv precipitzione l rffreddmento che può invece risultre più indurente dell indurimento indotto dlle zone GP. Occorre questo punto considerre che nche per

revi permnenze 250 C ( Vedi Fig.11) l elemento 2024T4 esiisce un minimo incremento di durezz e, considerndo i digrmmi di stto, l intervllo delle temperture di precipitzione per queste leghe è molto mpio. Per cui un più lto pporto termico comport mggiore dissoluzione delle zone GP e quindi mggiore sovrssturzione e driving force per l precipitzione l rffreddmento e conseguentemente mggiore durezz. Precipitti fini se di Al, Cu e Mg sono stti individuti medinte indgine l microscopio elettronico con EDS si dl punto di vist morfologico (listelli) che composizionle nel giunto H (Fig.10d). L precipitzione di seconde fsi dovree comunque essere fvorit nel T4 tle trttmento comport mggiore sovrssturzione dell mtrice rispetto l T6. Questo spiegheree il decrescere dei vlori di durezz dl giunto H l giunto L ( Fig.12e). 160 160 140 140 Hrdness (HV) 120 100 80 TOP CENTRE_1 60 CENTRE_2 BOTTOM 40-15 -10-5 0 5 10 15 Distnce from weld center (mm) Hrdness (HV) 120 100 80 60-15 -10-5 0 5 10 15 Distnce from weld center (mm) TOP CENTRE_1 CENTRE_2 BOTTOM 160 c 140 Hrdness (HV) 120 100 80 60 TOP CENTRE_1 CENTRE_2 BOTTOM Hrdness (HV) 165 160 155 150 145 140 135 130 125 120 115 H M L -15-10 -5 0 5 10 15 Distnce from weld center (mm) 110-15 -10-5 0 5 10 15 Distnce from weld center (mm) d -15-10 -5 0 5 10 15 Distnce from weld center (mm) Fig. 13 : ndmento delle microdurezze nell sezione trsversle del cordone misurte secondo qunto schemtizzto nell Fig.3 per i giunti d lto (), Medio () e sso (c) pporto termico; medi delle microdurezze misurte nel top dei giunti (d) e nel ottom (e). Hrdness (HV) 100 90 80 70 60 50 H M L e

I risultti dell prove T pull test, che simul l zione tirnte dello stringer sullo skin, effettute sui giunti in nlisi sono riportte in Tell 3. Dll nlisi dell Tell emerge che le duttilità dei tre giunti sono confrontili mentre l mssim resistenz è esiit dl giunto processto medio pporto termico, seguito dl giunto H e poi d L. Il test h consentito nche di individure l zon in cui cede il mterile che, per tutti e tre i giunti, è l zon termicmente ltert inferiore. Il ottom del giunto è inftti l elemento deole dello stesso. Seene inftti le crtteristiche di processo comportino in quest zon un incremento di durezz rispetto l MB, i mssimi vlori di microdurezz rilevti sono comunque molto inferiori quelli mssimi e minimi del top del giunto. L nlisi dell Fig.13e consente di osservre che, nel ottom, l durezz del giunto M è notevolmente superiore quell del giunto L e di giustificre quindi l mggiore resistenz l T-pull test del primo. Anche il giunto H esiisce nel Bottom resistenz superiore l giunto L. Più complesso è il confronto tr giunto H ed M. essi inftti esiiscono vlori di durezz pressocchè confrontili nel ottom, mentre nel top ( Fig.13e) è il giunto M d vere crtteristiche meccniche superiori. Tell 3: crtteristiche meccniche derivnti dl T-Pull test CONCLUSIONI Si riportno di seguito le principli conclusioni rggiunte: 1. Microstruttur mterile se: l nlisi microstrutturle dell elemento 2024 T4 (MB) h consentito di individure l presenz di fsi indissolte CuMgAl 2 e CuFeAl sull se dell morfologi e dell nlisi composizionle. Non si può escludere l presenz di fsi di equilirio indissolte CuAl 2 in relzione ll T di soluilizzzione e i limiti composizionli. L microdurezz del mterile se è 55,4±1,2. L nlisi dell elemento 7075 T6 (MB) h consentito l individuzione di prticelle di morfologi irregolre se di ferro tipo Al 7 Cu 2 Fe, di prticelle Al 2 CuMg e di prticelle più piccole di form tondegginte tipo Mg 2 Si. Sono stti inoltre individuti precipitti tipo MgZn 2 ordo grno e ll interno del grno. L microdurezz del mterile se è 159,7± 6,3. 2. Microstruttur dell sezione trsversle giunto: l nlisi in microscopi ottic h consentito di individure un zon ricristllizzt form di cino (Nugget), un TMAZ con il crtteristico orientmento dei grni e un HAZ. L nlisi in microscopi elettronic del top del giunto H h evidenzito nell zon ricristllizzt un ingrossmento dei precipitti ordo grno e ll interno del grno rispetto ll HAZ e di quest rispetto l MB. L nlisi del ottom del giunto H h consentito di

rilevre in prossimità dell sse di sldtur un riduzione dell densità di prticelle (proilmente Al 2 Cu e CuMgAl 2 indissolte dl trttmento T4) e l presenz di precipitti fini di tipo S. L sttistic dei grni nell regione di nugget h fornito un vlore dell dimensione medi del grno di circ tre micron, il mssimo vlore si è osservto nel giunto H. 3. Trttmenti sttici 450 C e 250 C sul MB: l nlisi degli ndmenti delle curve di durezz e conduciilità consente di ffermre che l leg 7075 è sensiile ll esposizioni lle lte T per revi tempi che cus un importnte decremento di durezz (d 159 115 HV dopo 1 min) e di conduciilità elettric mentre l 2024 è più sensiile ll esposizione lle sse T (250 C) che invece, su tempi revi cus un leggero incremento di durezz. Queste considerzioni sono confermte nche dll nlisi dei rispettivi digrmmi di stto. 4. Proprietà meccniche: Sull se dell stori termic registrt durnte il processo il giunto H è quello crtterizzto dl mssimo pporto termico, seguito dl giunto M ed L. Le curve di microdurezz nel top e nel ottom del giunto esiiscono l clssic form cmpn. I vlori minimi in entrme le zone si leggono nell TMAZ, i mssimi lungo l sse di sldtur. Nel top del giunto i vlori mssimi sono molto prossimi quelli esiiti dl mterile se, nel ottom sono invece molto superiori. Inoltre, nel top le durezze sono inversmente proporzionli ll pporto termico mentre nel ottom crescono con esso. L ndmento delle durezze l Top si spieg perché incrementndo l T si ottiene un mggiore decremento di durezz imputile ll dissoluzione si un mggiore ingrossmento dei precipitti ordo grno. L ndmento delle durezze l ottom si spieg perchè un più lto pporto termico comport mggiore dissoluzione delle zone GP e degli ltri precipitti indissolti dl T4 (con minim perdit di durezz) e quindi mggiore soluilizzzione e driving force per l precipitzione l rffreddmento e conseguentemente mggiore durezz. Il T- Pull test rivel che tutti e tre i giunti hnno vlori di duttilità confrontili, che il giunto M esiisce l mssim resistenz ll prov e che il cedimento si verific nell zon termicmente ltert inferiore crtterizzt di minimi vlori di durezz di tutto il giunto. L migliore performnce del giunto M è d ricercrsi quindi nei superiori vlori di microdurezz esiiti l ottom. Ringrzimenti: Gli utori ringrzino il MIUR per il finnzimento ccordto. BIBLIOGRAFIA [1] R.S. Mishr, Z.Y. M, Friction stir welding nd processing, Mterils Science nd Engineering R50 (2005) 1 78, [2] C.Gmro, L.Frtini, A.Squillce, J.Admowski, M.Ponte, G.Buff, Friction stirwelding, Introduzione ll tecnologi, 2009, Arcne editrice, ISBN:978-88-548-2530-7 [3] G. Buff, G. Cmpnile, L. Frtini, A. Prisco, Friction stir welding of lp joints: Influence of process prmeters on the metllurgicl nd mechnicl properties, Mterils science nd Engineering A, 519 (2009) 19-26 [4] M. Guerr, C. Schmidt, L.C. McClure, L.E. Murr, A.C. Nunes, Mter. Chrct. 49 (2003) 95 101 [5] H.J. Liu, H.M. Fujii, M. Med, K. Nogi, J. Mter. Proc. Technol. 142 (2003)692 696 [6] W.B. Lee, Y.M. Yeon, S.B. Jung, Mter. Sci. Eng. A 355 (2003) 154 159

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