Production of filler rods for repair welding of ML12 (ZK51) magnesium alloy castings

   In magnesium alloys castings, the casting defects such as shrinkage porosity are often occur. Such defects can be suppressed by repair welding or surfacing using a special filler rod. Unfortunately, in Russia, the low amount of filler rod is consumed. Therefore, native enterprises do not manufacture it, limiting themselves to imports or homemade low-quality substitutes. Nevertheless, there is a need for filler rod, and recently it has become unprofitable to replace them with imported materials due to a significantly increased price. Therefore, there is a need to study the technology of its production to replace imported filler rod with native material. Magnesium alloys based on the Mg–Zn–Zr (La, Nd) system: SV1, SV122, and ML12 (ZK51) that used as a filler rod for repair welding of ZK51 alloy castings were studied in this work. The samples were obtained by permanent mold casting into aluminum molds followed by hot extrusion into a filler rod with a diameter of 4 mm. It was shown that all the investigated alloys could be obtained in the form of a rod with a diameter of 4 mm. Therefore, the investigated rod samples from the SV122 alloy were used as filler material for repair welding of ZK51 magnesium alloy castings. The weld seam in the T1 condition has an ultimate tensile strength (UTS) about 80 % of the UTS of the casting material.

1. Liu L. Welding and joining of magnesium alloys. 1-st ed. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2010. DOI: 10.1533/9780857090423.

2. Bettles C., Barnett M. Advances in wrought magnesium alloys. Fundamentals of processing, properties and applications. 1-st ed. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012.

3. Лобанов Л. М. Исследование остаточных напряжений в сварных соединениях жаропрочного магниевого сплава МЛ 10 после электродинамической обработки / Л. М. Лобанов [и др.] // Пробл. прочности. – 2014. – No. 6. – С. 33—41 / Lobanov L. M., Pashchin N. A., Savitskii V. V., Mikhodui O. L. Investigation of residual stresses in welded joints of heatresistant magnesium alloy ML10 after electrodynamic treatment. Problemy prochnosti. 2014. No. 6. P. 33—41 (In Russ.).

4. Шаломеев В. А. Улучшение макро- и микроструктуры авиационного литья из магниевых сплавов / В. А. Шаломеев // Вестн. двигателестроения. – 2013. – No. 1. – С. 127—132 / Shalomeev V. A. Improvement of the macro- and microstructure of aviation castings from magnesium alloys. Vestnik dvigatelestroeniya. 2013. No. 1. P. 127—132 (In Russ.).

5. Шаломеев В. А. Заварка поверхностных дефектов литья из сплава МЛ-10 скандийсодержащим материалом / В. А. Шаломеев [и др.] // Автом. сварка. – 2009. – No. 3. – С. 34—38 / Shalomeev V. A., Tsivirko E. I., Petrik I. A., Lukinov V. V. Welding of surface defects in casting from ML-10 alloy with scandium-containing material. Avtomaticheskaya svarka. 2009. No. 3. P. 34—38 (In Russ.).

6. Шаломеев В. А. Исправление дефектов корпусных деталей из сплава МЛ10 для ГТД / В. А. Шаломеев [и др.] // Вестн. двигателестроения. – 2015. – No. 1. – С. 122—127 / Shalomeev V. A., Tsivirko E. I., Klochikhin V. V., Zinchenko M. M. Correction of defects in body parts made of ML10 alloy for gas turbine engines. Vestnik dvigatelestroeniya. 2015. No. 1. P. 122—127 (In Russ.).

7. Adamiec J. Repairing the WE43 magnesium cast alloys. Solid State Phenomena. 2011. Vol. 176. P. 99—106. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.176.99.

8. Lobanov L. M., Pashchin N. A., Mikhodui O. L., Khokhlova J. A. Investigation of residual stresses in welded joints of heatresistant magnesium alloy ML10 after electrodynamic treatment. J. Magnesium Alloys. 2016. Vol. 4. P. 77—82. https://doi.org/10.1016/j.jma.2016.04.005.

9. Adamiec J., Roskosz S., Jarosz R. Repair of magnesium alloy castings by means of welding and pad welding. J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 2007. Vol. 22. P. 21—24. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.176.99.

10. Wegrzyn J., Mazur M., Szymański A., Balcerowska B. Development of a filler for welding magnesium alloy GA8. Weld. Int. 1987. Vol. 1. P. 146—150. https://doi.org/10.5781/KWJS.2012.30.1.8.

11. Никитин А. И. Исследование возможности практического применения волоконных технологических лазеров в задачах ремонтного восстановления деталей авиационной техники / А. И. Никитин [и др.] // В сб.: IV Всеросс. конф. «Роль фундаментальных исследований при реализации стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» (28 июня 2018 г.). – М.: ВИАМ, 2018. – С. 247—267 / Nikitin A. I., Kul’chin Yu. N., Gnedenkov S. V., Ivanov M. N., Ionov A. A., Mashtalyar D. V., Pivovarov D. S., Sinebryukhov S. L., Subbotin E. P., Shpakov A. V., Yatsko D. S. Study of the possibility of practical application of fiber technological lasers in the problems of repair restoration of aircraft parts. In: IV All-Russ. Conf. «The role of fundamental research in the implementation of strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period until 2030» (June 28, 2018). Moscow: VIAM, 2018. P. 247—267 (In Russ.).

12. Cao X., Jahazi M., Immarigeon J. P., Wallace W. A review of laser welding techniques for magnesium alloys. J. Mater. Process. Technol. 2006. Vol. 171. P. 188—204. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.06.068.

13. Мухина И. Ю. Об устранении металлургических дефектов сложноконтурных отливок из Mg-сплавов / И. Ю. Мухина [и др.] // Литейн. пр-во. – 2019. – No. 2. – С. 7—13 / Mukhina I. Yu., Duyunova V. A., Koshelev O. V., Koshelev A. O. About elimination of metallurgical defects of complex contour castings from Mg-alloys. Liteinoe proizvodstvo. 2019. No. 2. P. 7—13 (In Russ.).

14. Кошелев А. О. Совершенствование технологии устранения дефектов в крупногабаритных отливках из магниевых сплавов / А. О. Кошелев, И. Ю. Мухина // В сб.: Сб. докл. науч.-техн. конф. «Металловедение и современные разработки в области технологий литья, деформации и термической обработки легких сплавов» (18 мая 2016 г.). – М.: ВИАМ, 2016. – C. 18 / Koshelev A. O., Mukhina I. Yu. Improving the technology for eliminating defects in large-sized castings from magnesium alloys. In: Sat. report scientific and technical conference «Metal science and modern developments in the field of casting, deformation and heat treatment of light alloys» (May 18, 2016) Moscow: VIAM, 2016. P. 18.

15. Лукин В. И. Свариваемость литейных магниевых сплавов системы Mg—Zn—Zr / В. И. Лукин, И. С. Добрынина // Сварочное пр-во. – 1998. – No. 4. – С. 6—8 / Lukin V. I., Dobrynina I. S. Weldability of cast magnesium alloys of the Mg—Zn—Zr system. Svarochnoe proizvodstvo. 1998. No. 4. P. 6—8 (In Russ.).

16. Kierzek A., Adamiec J. Evaluation of susceptibility to hot cracking of magnesium alloys joints in variable stiffness condition. Archives Metall. Mater. 2011. Vol. 56. P. 759—767. DOI: 10.2478/v10172-011-0084-y.

17. Huang C. J., Cheng C. M., Chou C. P. The influence of aluminum content of AZ61 and AZ80 magnesium alloys on hot cracking. Mater. Manuf. Process. 2011. Vol. 26. P. 1179—1187. DOI: 10.1080/10426914.2010.536936.

18. Liu L. Welding and joining of magnesium alloys. Wood-head Publ. Elsevier, 2010. DOI: 10.1533/9780857090423.

19. Речкалов А. В. Технологические особенности исправления дефектов отливок из магниевых сплавов / А. В. Речкалов, Ю. Л. Скорняков, В. В. Гусева // Литейн. пр-во. – 2008. – No. 3. – С. 14—16 / Rechkalov A. V., Skornyakov Yu. L., Guseva V. V. Special technological features of eliminating defects in magnesium alloy castings. Liteinoe proizvodstvo. 2008. No. 3. P. 14—16 (In Russ.).

20. Kocurek R., Adamiec J. The repair welding technology of casts magnesium alloy QE22. Solid State Phenomena. 2014. Vol. 212. P. 81—86. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.212.81.

21. Stolbov V. I., El’tsov V. V., Oleinik I. A., Matyagin V. F. Effect of the nature of thermal processes on cracking in repair welding components of magnesium alloys. Weld. Int. 1991. Vol. 5. P. 799—802. DOI: 10.1080/09507119109447850.

22. Andersson J. O., Helander T., Höglund L., Shi P. F., Sundman B. Thermo-Calc & DICTRA, computational tools for materials science. CALPHAD. 2002. Vol. 26. P. 273—312. DOI:10.1016/S0364-5916(02)00037-8

23. Колтыгин А. В. Влияние химического состава и режимов термической обработки на фазовый состав и механические свойства магниевого сплава ZK51A (МЛ12) / А. В. Колтыгин, В. Е. Баженов // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2018. – No. 1. – C. 64—74. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2018-1-64-74 / Koltygin A. V., Bazhenov V. E. Effect of alloy composition and heat treatment on ZK51A (ML12) magnesium alloy phase composition and mechanical properties. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2018. No. 1. P. 64—74 (In Russ.).