Interface Design and Microstructure Property Analysis of Ti/Al FSW

LIU Jinhao; DONG Jiyi; YIN Yuhuan; XU Lei; HE Jianli

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.03.09

Welding Technology | Views : 0 下载量: 7 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Interface Design and Microstructure Property Analysis of Ti/Al FSW
Vol. 55, Issue 3, Pages: 72-76(2025)
Received：24 November 2024，

Revised：2024-12-31，

Published：20 March 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.03.09
稿件说明：

移动端阅览

刘金浩，董吉义，尹玉环，等.钛/铝异种金属搅拌摩擦焊搭接界面设计及组织性能分析［J］.电焊机，2025，55（3）：72-76. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.03.09.

LIU Jinhao, DONG Jiyi, YIN Yuhuan, et al.Interface Design and Microstructure Property Analysis of Ti/Al Friction Stir Welding[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(3): 72-76. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.03.09.

摘要

钛/铝异种金属复合结构可以充分利用不同材料的优势性能并有效减重，在航空航天、武器装备制造中具有广阔应用前景。本研究对2A14铝合金及TC4钛合金进行搅拌摩擦焊搭接试验，探讨了不同搭接界面结构对接头微观组织及力学性能的影响机制。结果表明，在钛/铝搭接界面处发生了材料的塑性变形，且生成金属间化合物TiAl

相；平面搭接结构以冶金连接方式为主，且存在微观机械互锁结构；矩形结构和榫卯结构均可实现“冶金连接+多尺度机械连接”，两种结构在拉伸剪切试验中存在二次断裂现象；三种界面结构中，榫卯结构接头具有更高的接头强度和伸长率，榫卯结构相较平面搭接结构接头强度提升85.05%，伸长率提升61.92%。

Abstract

The Ti/Al dissimilar metal composite structure can fully utilize the superior properties of different materials and effectively reduce weight

presenting broad application prospects in the manufacturing of aerospace and weapon equipment. In this paper

friction stir welding experiments were conducted on 2A14 aluminum alloy and TC4 titanium alloy

and the influence mechanism of different interface structures on the microstructure and mechanical properties of the joint was explored. The results show that plastic deformation of the material occurs at the titanium/aluminum lap interface

and the intermetallic compound TiAl

phase is generated. The flat structure is mainly metallurgical and there exist micro-mechanical interlocking structures.

Both the rectangular structure and the dovetail structure can achieve "metallurgical connection + multi-scale mechanical connection"

and the two structures exhibit secondary fracture in the tensile shear test. Among the three interface structures

the joint of the dovetail structure possesses higher joint strength and elongation. Compared with the joint of the flat structure

the strength of the dovetail structure is increased by 85.05% and the elongation is increased by 61.92%.

关键词

Keywords

references

黄永德，伍大为，张泽龙，等 . 钛合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损机理及其涂层强化［J］. 航空制造技术， 2024 ， 67 （ 10 ）： 45 - 52 .

HUANG Y D ， WU D W ， ZHANG Z L ， et al . Wear mechanism of titanium friction stir welding tool and its coating reinforcement ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2024 ， 67 （ 10 ）： 45 - 52 .

Haifeng Y ， Hongyun Z ， Xinxin X ， et al . Microstructure and Mechanical Properties of 2A14-T4 Aluminum Alloy T-joints Prepared by Stationary Shoulder Friction Stir Welding ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2021 ， 50 （ 11 ）： 3845 - 3856 .

陈玉华，龚资颖，张体明，等 . 钛/铝异种金属FSW接头的氢扩散试验设计与研究［J］. 电焊机， 2022 ， 52 （ 06 ）： 99 - 104 .

CHEN Y H ， GONG Z Y ， ZHANG T M ， et al . Experimental Design and Research on Hydrogen Diffusion in FSW Joints of Titanium/Aluminum Dissimilar Metals ［J］. Electric Welding Machine ， 2022 ， 52 （ 06 ）： 99 - 104 .

吕宗亮，刘景麟，韩振宇，等 . 摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析［J］. 焊接学报， 2022 ， 43 （ 06 ）： 69 - 74+117 .

LV Z L ， LIU J L ， HAN Z Y ， et al . Characteristic analysis of friction additive assisted Ti/Al friction stir lap welding ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2022 ， 43 （ 06 ）： 69 - 74+117 .

Tiwari S K ， Sharma H ， Rao A U . A comprehensive review of the recent developments in friction stir welding of metals， alloys， and polymers： a review of process parameters and properties ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology ， 2024 ： 1 - 24 .

程哲闻，张可，吕晓辉，等 . 铝锂合金的搅拌摩擦焊及其改型工艺研究进展［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 03 ）： 46 - 53+71 .

CHENG Z W ， ZHANG K ， LV X H ， et al . Research Progress in Friction Stir Welding and Its Variant for Joining of Al-Li Alloy ［J］. Electric Welding Machine 2023 ， 53 （ 03 ）： 46 - 53+71 .

孙广达，闫中宪，周利，等 . 外加能场辅助搅拌摩擦焊研究现状［J］. 焊接学报， 2024 ， 45 （ 04 ）： 109-119+135 - 136 .

SUN G D ， YAN Z X ， ZHOU L ， et al . Research progress of energy field-assisted friction stir welding ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2024 ， 45 （ 04 ）： 109-119+135 - 136 .

毛镇东，吴双连，刘雪松 . 超声辅助铝/钛搅拌摩擦搭接接头的成形和组织［J］. 焊接学报， 2019 ， 40 （ 02 ）： 145 - 148+167 .

MAO Z D ， WU S L ， LIU X S . Formation and microstructure of ultrasonic-assisted friction stir lap welding dissimilar Al/Ti alloys ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2019 ， 40 （ 02 ）： 145 - 148+167 .

耿培皓，秦国梁，马宏，等 . 铝/钢异种金属搅拌摩擦搭接传热与材料流动行为［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 03 ）： 1 - 14 .

GENG P H ， QIN G L ， MA H ， et al . Heat Transfer and Material Flow in Friciton Stir Lap Welding of Al Alloy/ Steel ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 03 ）： 1 - 14 .

Wu A ， Song Z ， Nakata K ， et al . Interface and properties of the friction stir welded joints of titanium alloy Ti6Al4V with aluminum alloy 6061 ［J］. Materials & Design ， 2015 ， 71 ： 85 - 92 .

张鑫，陈玉华，王善林 . 工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响［J］. 稀有金属材料与工程， 2017 ， 46 （ 01 ）： 247 - 251 .

ZHANG X ， CHEN Y H ， WANG S L . Effect of Process Parameters on Mechanical Properties of Ti/Zn/Al Joint Welded by Friction Stir Welding ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2017 ， 46 （ 01 ）： 247 - 251 .

Choi J W ， Liu H ， Fujii H . Dissimilar friction stir welding of pure Ti and pure Al ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 2018 ， 730 ： 168 - 176 .

Zhao H ， Yu M ， Jiang Z ， et al . Interfacial microstructure and mechanical properties of Al/Ti dissimilar joints fabricated via friction stir welding ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2019 ， 789 ： 139 - 149 .

张哲，张利国，肖增华，等 . 钛/铝异种合金FSLW接头的成形与组织研究［J］. 热加工工艺， 2018 ， 47 （ 17 ）： 190 - 192 .

ZHANG Z ， ZHANG L G ， XIAO Z G ， et al . Forming and Microstructure of Ti/Al Dissimilar Alloys FSLW Joint ［J］. Hot Working Technology ， 2018 ， 47 （ 17 ）： 190 - 192 .

Li B ， Shen Y ， Luo L ， et al . Effects of processing variables and heat treatments on Al/Ti-6Al-4V interface microstructure of bimetal clad-plate fabricated via a novel route employing friction stir lap welding ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2016 ， 658 ： 904 - 913 .

Reza-E-Rabby M ， Ross K ， Overman N R ， et al . Joining thick section aluminum to steel with suppressed FeAl intermetallic formation via friction stir dovetailing ［J］. Scripta Materialia ， 2018 ， 148 ： 63 - 67 .

Alert me when the article has been cited

提交

Study on the Effect of Mo on the Microstructure and Properties of Titanium Alloy Laser Welding Joint

Co-based Powder Brazing Material Prepared by Melting Gas Atomization in GH4169 Alloy Brazing Application

Analysis of Adaptability, Microstructure and Properties of MIG Welding Process of 5083 Aluminum Alloy for Ship

Analysis of Process, Microstructure and Properties of Gas Metal Arc Welding with Rutile Flux-cored Wire for EH40 Steel

Microstructure and Mechanical Properties of CMT-Welded X80 Pipeline Steel Joints