Genesis of the microstructures during friction stir welding of aluminium alloys of the serie 2000 and 5000 and resulting mechanical behavior
Genèse des microstructures lors du soudage par friction malaxage d'alliages d'aluminium de la série 2000 & 5000 et comportement mécanique résultant
Résumé
The 2024 alloy (Al-Cu-Mg) is used for minimizing the weight of structural components in the transportation industry. However, this alloy is not easy to weld by traditional techniques. Friction stir welding (FSW) is a recently developed solid state process which removes the solidification defects. In this study, the microstructures of FSW welds of this alloy were finely characterized by SAXS, DSC, TEM, SEM, EBSD and optical microscopy. In order to highlight the interactions between deformation, precipitation and recrystallisation, which all take place during the welding of the 2024 alloy, model experiments were carried out as well as a comparative study between the alloys 5251 and 2024. The combination of the welding characterisation and the model experiments allow to define the metallurgical phenomena controlling the mechanical strength of the welded joints and their microstructure. In addition, a detailed characterisation of the mechanical behaviour of the welded joints was carried out, validated by a finite element model.
L'alliage 2024 (Al-Cu-Mg) est utilisé dans le cadre de l'allègement des structures de transport. Cependant, cet alliage est difficilement soudable par voie classique. Le soudage par friction malaxage (FSW) est un nouveau procédé permettant l'assemblage à l'état solide et donc de supprimer les défauts liés à la solidification. A travers cette étude, les microstructures de soudures FSW de cet alliage ont été finement caractérisées par SAXS, DSC, MET, MEB, EBSD et microscopie optique. Afin de mettre en évidence les interactions entre la déformation, la précipitation et la recristallisation qui ont lieu durant le soudage de l'alliage 2024, des expériences modèles ont été menées ainsi qu'une étude comparative entre l'alliage 2024 et l'alliage 5251. L'ensemble de la caractérisation des soudures et des expériences modèles permet de dégager les phénomènes métallurgiques pertinents contrôlant la résistance mécanique des joints soudés et leur microstructure. Par ailleurs, une caractérisation détaillées du comportement mécanique des joints soudés a été menée, validée par une modélisation aux éléments finis.