Microstructure and Salt Fog Corrosion Behaviour of AA2219 Friction Stir Welded Aluminium Alloy

Abstract

Aluminium alloy 2219 is a favourite age hardenable alloy considered for fabrication of earth storable and cryogenic propellant tanks of launch vehicles. In the current study, 8.1 mm thick AA2219-T87 aluminium alloy plates are joined using friction stir welding. Friction stir welding produces three different microstructural zones, and these zones exhibit different microstructural characteristics. Therefore, it is expected that the various zones will exhibit different corrosion susceptibility. The corrosion behaviour of the base material and friction stir welded joints is investigated using salt fog test (ASTM B117) at different pH value and spraying times. Optical microscopy and transmission electron microscopy are used to observe the corrosion attack at various zones of the weld. As observed, the welds exhibit excellent corrosion resistance in basic and neutral solution than in acidic solution. As found, the corrosion rate decreases with increase in time of exposure at all pH values. As observed, the corrosion rate is predominant in acidic solution for first 24 hrs of spraying time. As found, the corrosion attack is greater in the base material than weld metal at all pH value and spraying times. Within the weld, the heat-affected zone (HAZ) is found to be more susceptible to corrosion compared to the weld nugget and thermomechanically affected regions. The results obtained from the transmission electron microscopy confirm that the increased rate of corrosion of HAZ in acidic solution is due to the precipitation of second phase particles (CuAl₂) at the grain boundaries causes depletion of copper near the grain boundaries, making these regions anodic to the grain centre.

Алюмінійовий стоп 2219 є найкращим вибором серед дисперсійно-твердних стопів, які розглядаються для виготовлення баків для ракетного палива тривалого зберігання в наземних умовах і баків для кріогенного ракетного палива мобільних пускових установок. У даній роботі платівки алюмінійового стопу АА2219-Т87 товщиною у 8,1 мм були з’єднані способом зварювання тертям з перемішуванням. Зварювання тертям з перемішуванням створює три різних мікроструктурних зони, і ці зони демонструють різні мікроструктурні характеристики. Тому можна очікувати, що різні зони будуть демонструвати різну сприйнятливість до корозії. Корозійні властивості основного металу та зварних швів, одержаних зварюванням тертям з перемішуванням, досліджувалися з використанням випробування в сольовому тумані (ASTM B117) за різних значень pH та часів розпорошення. Оптична мікроскопія та просвітна електронна мікроскопія використовувалися для спостереження корозійного руйнування в різних зонах зварного шва. Було встановлено, що зварні шви демонструють відмінну корозійну стійкість у лужних та нейтральних розчинах, але не в кислих розчинах. Встановлено, що швидкість корозії зменшується з ростом часу витримки при всіх значеннях pH. Швидкість корозії була максимальною в кислому розчині впродовж перших 24 годин тривалости витримки. Корозійне руйнування більше в основному металі, ніж у матеріялі зварного шва за всіх pH і тривалостей розпорошення. Всередині зварного шва зона термічного впливу (ЗТВ) виявилася більш сприйнятливою до корозії порівняно з ядром зварної точки та термомеханічно пошкодженими районами. Результати, одержані за допомогою просвітної електронної мікроскопії, підтвердили, що збільшена швидкість корозії ЗТВ у кислотному розчині обумовлена виділенням частинок другої фази (CuAl₂) біля меж зерен, що призводить до збіднення міді поблизу меж зерен, роблячи ці райони анодними відносно центру зерна.

Алюминиевый сплав 2219 является наилучшим выбором среди дисперсионно-твердеющих сплавов, рассматриваемых для изготовления баков для ракетного топлива длительного хранения в наземных условиях и баков для криогенного ракетного топлива мобильных пусковых установок. В данной работе пластины алюминиевого сплава AA2219-T87 толщиной 8,1 мм были соединены путём сварки трением с перемешиванием. Сварка трением с перемешиванием образует три различные микроструктурные зоны, и эти зоны демонстрируют разные микроструктурные характеристики. Поэтому можно ожидать, что разные зоны будут демонстрировать разную восприимчивость к коррозии. Коррозионные свойства основного металла и сварных швов, полученных сваркой трением с перемешиванием, исследовались с использованием испытания в солевом тумане (ASTM B117) при различных значениях pH и времени распыления. Оптическая микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия использовались для наблюдения коррозионного разрушения в различных зонах сварного шва. Было установлено, что сварные швы демонстрируют отличную коррозионную стойкость в щелочных и нейтральных растворах, но не в кислых растворах. Установлено, что скорость коррозии уменьшается с увеличением времени выдержки при всех значениях pH. Скорость коррозии была максимальной в кислом растворе в течение первых 24 часов времени выдержки. Коррозионное разрушение больше в основном металле, чем в материале сварного шва при всех pH и временах распыления. Внутри сварного шва зона термического влияния (ЗТВ) оказалась более восприимчивой к коррозии по сравнению с ядром сварной точки и термомеханически повреждёнными районами. Результаты, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии, подтвердили, что возросшая скорость коррозии ЗТВ в кислотном растворе обусловлена выделением частиц второй фазы (CuAl₂) у границ зёрен, что приводит к обеднению меди вблизи границ зёрен, делая эти районы анодными относительно центра зерна.