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Mechanism of toughness enhancement of brittle fracture by intermittent η-intermetallic in Al/Cu joint made by FSW

材料科学 断裂韧性 金属间化合物 脆性 断口学 晶间断裂 复合材料 冶金 搅拌摩擦焊 极限抗拉强度 断裂(地质) 焊接 微观结构 晶间腐蚀 合金
作者
R. Beygi,Ricardo J. C. Carbas,E.A.S. Marques,A.Q. Barbosa,Mohammad Mehdi Kasaei,Lucas F. M. da Silva
出处
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing [Elsevier]
卷期号:890: 145907-145907 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.msea.2023.145907
摘要

It is well documented that the mechanical failure mechanism of various compounds of aluminum 1050 and commercial pure copper (Al/Cu) involves a combination of brittle and ductile fracture processes. Brittle fracture occurs through the intermetallic compounds (IMCs), while ductile fracture occurs through the base materials, either in the stir zone or the heat-affected zone. In this study, a clean and uniform Al/Cu interface was created using the Friction Stir Welding (FSW) technique, which allowed the investigation of the mechanism of pure brittle fracture in Al–Cu IMCs, using a notched tensile specimen. Fracture surfaces were analyzed in detail using scanning electron microscopy (SEM) and microstructural characterization techniques. SEM analysis of the Al/Cu interface revealed the presence of continuous Al2Cu, intermittent AlCu (η), and continuous Al4Cu9. Fractography results showed that the brittle fracture was multilayered and multi-faceted, with an intergranular fracture observed between the Al2Cu and Al4Cu9 IMCs. This crack was stopped by the intermittent AlCu IMC, resulting in transgranular fracture through AlCu. Cracks in the AlCu phase were deflected toward the Al/Al2Cu interface, resulting in delamination of the Al/Al2Cu interface. It was found that this multilayer fracture, induced by the intermittent AlCu between Al2Cu/Al4Cu9, provided the high tensile strength of the compound (173 MPa) compared to the values reported in the literature. A comparison of the Al/Cu joints with Al/steel joints also confirmed the contribution of this fracture deflection to the improved joint strength.
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