Efeitos do revestimento TiB2 assistido por adesivo em juntas soldadas por fricção

Jun 30, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17894 (2022) Citar este artigo

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A soldagem por fricção é uma nova técnica para unir materiais ferrosos e não ferrosos em estado sólido. As técnicas de preenchimento de ranhuras são as mais populares e geralmente usadas por pesquisadores para dopar o reforço na zona FSWed para melhorar as propriedades das juntas. A principal desvantagem desta técnica é que algumas quantidades de material de reforço saem da ranhura durante a fabricação da junta. No presente trabalho, a técnica de reforço assistido por adesivo foi utilizada para superar este problema para a fabricação de juntas soldadas por fricção reforçadas com partículas. No presente trabalho, as bordas da placa de liga de alumínio foram revestidas com uma fina camada de TiB2. As placas de borda revestidas e não revestidas foram unidas usando soldagem por fricção na velocidade de rotação de 1400 e 2240 rpm e velocidade de soldagem de 32 mm/min usando uma ferramenta de pino roscado cônico. A resistência à tração das juntas soldadas com placa de borda revestida foi encontrada mais alta em comparação com as juntas não revestidas, que foi 39,74% superior. A porcentagem de alongamento da junta de borda revestida foi observada cerca de 1,5 vezes menor do que a junta de placa de borda não revestida. A resistência à flexão da junta de borda revestida reforçada com TiB2 foi encontrada cerca de 1,5 vezes maior. No entanto, a resistência ao impacto da placa de borda revestida foi encontrada quase três vezes menor do que as juntas de borda não revestidas. As juntas de borda revestidas com TiB2 revelam dureza 22,75% maior do que as juntas de placa de borda não revestidas soldadas na velocidade de rotação de 2240.

A soldagem por fricção (FSW) é um processo de união de estado sólido que usa uma ferramenta não consumível para unir duas peças de trabalho de faceamento sem derreter o material da peça de trabalho1,2,3. O calor é gerado pelo atrito entre a ferramenta rotativa e o material da peça, o que leva a uma região amolecida perto da ferramenta FSW. Enquanto a ferramenta é percorrida ao longo da linha de junção, ela mistura mecanicamente as duas peças de metal e forja o metal quente e amolecido pela pressão mecânica aplicada pela ferramenta. Foi relatado que 87% do calor é gerado pelo ressalto da ferramenta FSW devido ao atrito entre a superfície do ressalto e a peça de trabalho4. As geometrias do ombro da ferramenta afetam o fluxo de material durante a soldagem. A maioria do ombro da ferramenta possui perfis côncavos, convexos e planos5,6,7,8,9,10,11,12. O aço ferramenta trabalhado a quente H13 é usado principalmente para soldagem de ligas de alumínio10,13. O ângulo de inclinação da ferramenta comprime o material plasticamente deformado sob a ferramenta. Geralmente, um ângulo de inclinação da ferramenta entre 1° e 4° é usado em FSW. A FSW é capaz de unir metais semelhantes e dissimilares, como ligas de alumínio, ligas de cobre, ligas de titânio, aço macio, aço inoxidável e ligas de magnésio14,15,16,17,18. Mesmo que o FSW seja um processo de soldagem em estado sólido, ele gera uma entrada de calor significativa, levando a possíveis alterações na microestrutura. O envelhecimento excessivo ou endurecimento dentro da área da zona pepita (NZ), a área termomecanicamente afetada (TMAZ) ou a zona afetada pelo calor (HAZ) das juntas FSWed foi relatada como ocorrendo19,20. A perda de propriedades mecânicas é frequentemente vista nessas áreas de mudança da microestrutura, especialmente em TMAZ e HAZ21,22,23,24. Mardalizadeh et al.25 relataram que juntas formadas por AA2024 apresentam menor dureza em HAZ e TMAZ. Apesar da otimização nos parâmetros de soldagem e parâmetros de resfriamento durante a soldagem, o desempenho mecânico das juntas FSWed permanece inferior ao dos metais básicos devido ao surgimento de microestrutura e propriedades mecânicas devido às fortes pressões termomecânicas encontradas no processo FSW26, 27. As propriedades da junta FSWed dependem principalmente dos parâmetros do processo, como velocidade de rotação da ferramenta, velocidade transversal, ângulo de inclinação da ferramenta e profundidade de mergulho. Os valores ótimos dos parâmetros FSW dependem das propriedades do material da peça, espessura e geometria da ferramenta28. A dureza da área articular aumenta à medida que o ângulo de inclinação aumenta29. Elyasi et al.30 relataram que a máxima resistência à tração das juntas foi na junção da liga de alumínio com ângulo de inclinação de 2° em comparação com 1° e 3°. Uma observação semelhante foi relatada por Acharya et al. 31. A combinação de rotação da ferramenta e velocidade transversal em FSW é complexa porque aumentar a velocidade de rotação ou diminuir a velocidade transversal resultará em uma solda mais quente e vice-versa32. A microestrutura e a dureza das juntas dependem fortemente da velocidade de rotação em comparação com a velocidade de soldagem. Ghada et al.33 relataram que a dureza das juntas aumentou com a diminuição da velocidade de rotação. Ganesh e Kumar34 investigaram a superplasticidade de chapas de liga de alumínio soldadas por fricção em diferentes velocidades de rotação da ferramenta. O resultado mostra que a superplasticidade melhorou significativamente com o aumento da velocidade de rotação da ferramenta. Observou-se que com a presença de partículas de reforço dentro da zona pepita, as propriedades mecânicas da junta soldada melhoraram significativamente. As técnicas de reforço usadas para reforçar materiais de reforço durante a soldagem por fricção em uma zona de solda por fricção são uma das questões-chave na FSW. As técnicas de reforço deminam o volume e a distribuição dos materiais de reforço na zona de solda por fricção durante o FSW. As propriedades da solda reforçada por fricção também dependem da dopagem efetiva e da distribuição do material de reforço na zona de solda por fricção. Saeidi et al.35 utilizaram a técnica groove fill para preencher nanopartículas de Al2O3 para a fabricação de juntas reforçadas com Al2O3. Eles notaram que a resistência à corrosão da junta FSW reforçada com Al2O3 era superior. No entanto, a resistência ao impacto foi menor devido à fraca ligação entre os materiais de origem e de reforço. Uma técnica semelhante também foi usada por Kumar et al.36 para introduzir partículas de SiC e Si3N4 na zona de solda por fricção. Dragatogiannis et al.37 usinaram um sulco retangular cuja profundidade era metade da profundidade da placa ao longo da linha da junta para a fabricação de junta soldada por fricção reforçada com TiC. Eles relataram que a dureza das juntas reforçadas com TiC aumentou 18%. Além disso, a resistência à tração e a ductilidade das juntas também melhoraram. A técnica de sulcos em V foi usada por Huang38 para introduzir partículas de reforço à base de ferro na zona de solda por fricção. O resultado revela que a resistência à tração e a ductilidade da junta reforçada com ferro foram inferiores. No entanto, a tração e a ductilidade aumentaram com o aumento da velocidade de rotação da ferramenta. Singh et al.39 usaram técnicas de preenchimento de furos para incorporar partículas de Al2O3 nas bordas de contato da solda agitada. Eles descobriram que a dureza das juntas aumentou com o aumento da fração volumétrica de Al2O3. Pantelis et al.40 reforçaram nanopartículas de SiC na zona FSW na soldagem de liga de alumínio. Eles relataram que a dureza da pepita de solda foi melhorada em 18% em comparação com sem adição de SiC. Pasha et al.41 investigaram o comportamento mecânico de várias porcentagens de juntas soldadas reforçadas com SiC e Al2O3 de liga de alumínio. Verificou-se que a resistência à tração e a dureza das juntas soldadas reforçadas com SiC foram superiores em comparação com as juntas reforçadas com Al2O3. No entanto, a ductilidade e a resistência ao impacto das juntas reforçadas com particulado mostraram-se inferiores em comparação com as juntas soldadas sem reforço.