Friction Stir Processing as a fabricating route of dispersion strengthened aluminum alloys

The two-sided overlapping friction stir processing was utilized to produce a dispersion strengthened material from a cast Al-Si eutectic alloy. Pure aluminum belongs to the class of soft metals, so its application in engineering is highly limited. For this reason, aluminum has to be strengthened to meet technical requirements. The most common strengthening mechanisms of aluminum are dislocation hardening by plastic defonnation or alloying followed by appropriate heat treatment producing precipitation hardening. Precipitation strengthening substantially increases the hardness and tensile strength at room temperature. However, the precipitates are prone to coarsening at elevated temperatures resulting in deterioration of mechanical properties. The other common method of strengthening metallic alloys is the incorporation of fine dispersed particles into their microstructure. Such alloys are usually produced by powder metallurgy methods, e. g. sintering of aluminum powders or mechanical alloying. It was recently discovered that the friction-stir processing (FSP) method may also be adapted for this purpose. FSP uses the same methodology as friction stir welding (FSW); however, FSP is used to modify the local microstructure, but it does not join metals together. FSP was used to modification a microstructure in as-cast aluminium alloy. In contrast to the as-cast condition, the microstructure in the processed material was characterized by a relatively uniform distribution of insoluble second-phase particles in the ductile aluminium matrix giving rise to the substantial dispersion strengthening of modified alloy. The size and aspect ratio of these particles decreased significantly. The size distribution exhibited bimodal character. The porosity and dendritic microstructure was eliminated. FSP improved the mechanical properties - the ultimate tensile strength increased from 152 MPa to 216 MPa and ductility increased from 1.5% to 12.5%.

---

W pracy zastosowano obróbkę tarciową z mieszaniem materiału (Friction Stir Processing) do wytworzenia stopu umacnianego dyspersyjnie z eutektycznego stopu Al-Si. Czyste aluminium jest miękkim metalem, więc jego zastosowanie jako materiału inżynierskiego jest ograniczone. Z tego powodu dla aluminium stosuj e się umocnienie, aby sprostało wymaganiom jako materiał inżynierski. Najbardziej populamymi mechanizmami umocnienia aluminium jest umocnienie dyslokacyjne przez przeróbkę plastyczną lub przez dodanie dodatków stopowych i obróbkę cieplną prowadzącą do umocnienia wydzieleniowego. Umocnienie wydzieleniowe efektywnie zwiększa twardość i wytrzymałość w temperaturze pokojowej, lecz w podwyższonej temperaturze fazy umacniające są skłonne do koagulacji i tym samym obniżają własności mechaniczne. Innym efektywnym sposobem umocnienia stopów metalicznych jest wprowadzenie drobnych dyspersyjnych faz umacniających. Taki mechanizm umocnienia naj częściej jest realizowany za pomocą metalurgii proszków, np. spiekania proszków czy mechanicznego stopowania. W ostatnim czasie zauważono, że obróbka tarciowa z mieszaniem materiału może być z powodzeniem stosowana do umocnienia dyspersyjnego. Metoda FSP używa tej samej metodologii działania co zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału zgrzeiny (FSW), z tą różnica, że ta metoda zmienia tylko lokalnie mikrostrukturę, a nie łączy materiał. Metoda FSP została użyta do zmiany mikrostruktury w odlew- niczym stopie aluminium. Mikrostruktura po procesie FSP charakteryzowała się równomiemym rozmieszczeniem fazy dyspersyjnej w porównaniu ze stopem odlewniczym. Charakterystyczne dla stopów odlewniczych dendryty i pory zostały wyeliminowane. Proces FSP zwiększył wytrzymałość na rozciąganie z 152 MPa do 216 MPa i zwiększyła się ciągliwość z 1,5% na 12,5%.