化学成分对Al-Mg-Si系铝合金搅拌摩擦增材制造力学性能的影响

采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了化学成分对铝合金搅拌摩擦增材制造力学性能的影响.利用Monte Carlo方法模拟了搅拌摩擦增材制造构件的晶粒演变,采用析出相演化模型计算了不同增材层的屈服强度和硬度,通过与试验对比验证了计算模型的有效性.结果显示,在搅拌摩擦增材制造中,不同增材层经历的重搅拌及重加热不同,其作用区...     

镁合金强制冷却搅拌摩擦加工研究

采用强制冷却搅拌摩擦加工工艺对AZ31镁合金表面进行了表面改性加工,对比了强制冷却搅拌摩擦加工和未强制冷却搅拌摩擦加工工艺对组织的影响.结果表明,采用强制冷却搅拌摩擦加工工艺试样搅拌区晶粒细化明显,有效抑制了热影响区晶粒长大;经强制冷却搅拌摩擦加工后组织显微硬度最高达104HV,比母材硬度提高约79.3%.     

搅拌摩擦增材成型过程仿真与显微性能预测

搅拌摩擦增材制造(FSAM)是一种新型固态增材技术。逐层重复搅拌摩擦成型,是FSAM的显著特点。在剧烈流动变形、热力耦合作用下,母材晶粒逐层破碎细化,形成新的再结晶组织,最终形成增材成型构件。以AZ31镁合金板件FSAM为研究对象,首先建立多层薄板增材成型的计算流体力学仿真模型,研究转速对材料流变、温度场、应变率的影响规律,并与实验测量值对比验证。其次计算增材区域镁合金材料热变形过程的Zener-Hollomon参数,利用经验公式法关联Z参数与增材区再结晶晶粒尺寸。最终,结合1000 r/min转速工况下的显微硬度实验测量结果,提出FSAM搅拌区再结晶组织显微硬度的快速预测算法。结果表明:随着增材板件层数增加,增材区平均晶粒尺寸减小,平均硬度值增大;随搅拌头转速的增大,增材区材料的应变率、再结晶晶粒尺寸都呈逐渐增大趋势,显微硬度呈下降趋势。     

6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响

针对2 mm厚6013—T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,用搅拌头旋转速度和焊接速度的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的热输入,试验研究了焊接热输入对接头的焊缝成形和力学性能的影响,并分析了接头的显微组织.结果表明,搅拌摩擦焊接头的综合性能较好,抗拉强度和屈服强度分别达到母材的83.3%和75.8%;在不同的搅拌头旋转速度下,随着焊接热输入的增加,接头的屈服强度和抗拉强度降低;ω/v在3 r/mm左右,焊缝成形美观,飞边毛刺少.母材为板条状组织;热影响区晶粒与母材相似,但稍微有粗化;热力影响区的晶粒极不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织;焊核区为细小的等轴晶组织.     

LZ91镁锂合金搅拌摩擦加工的组织与力学性能

对LZ91镁锂合金进行了搅拌摩擦改性加工,采用光学显微镜、拉伸试验机、显微硬度测试仪等设备对LZ91镁锂合金搅拌摩擦加工的表面形貌、金相组织、拉伸性能和显微硬度进行测试和分析。结果发现:当旋转速度为1800 r·min-1、加工速度在30～100 mm/min时,LZ91镁锂合金加工表面成型良好,无明显缺陷,表面存在"起皮"现象,"起皮"程度随加工速度增大而变小。随加工速度的增加,搅拌摩擦加工焊核区晶粒呈现出逐渐变小的现象。α-Mg相和β-Li相在前进侧热机影响区的向上弯曲变形程度大于在后退侧的变形程度。相比前进侧热机影响区,后退侧热机影响区的α-Mg相晶粒显著细化,而β-Li相晶粒却明显粗化。加工速度在30～100 mm/min范围增大时,抗拉强度和焊核区的显微硬度先上升后下降,伸长率逐渐变大。当加工速度为60 mm/min时,抗拉强度达到最高值252 MPa。     

搅拌摩擦固相修复技术研究现状及发展方向

金属结构件在生产和使用过程中易出现裂纹、孔洞和沟槽等缺陷,搅拌摩擦焊具有热输入量小、焊接变形小和焊接效率高等优点,在金属材料修复领域具有巨大的发展潜力。首先总结了搅拌摩擦焊修复的修复性能和特点。由于搅拌摩擦焊修复仅能修复裂纹及体积较小的沟槽等缺陷,对于其他类型缺陷难以有效修复。针对搅拌摩擦焊修复的局限性,介绍了基于搅拌摩擦焊原理的搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复。搅拌摩擦点焊修复分为回填式搅拌摩擦点焊修复、填充搅拌摩擦焊修复和摩擦塞焊修复,主要用于匙孔等孔洞类缺陷的修复。阐述了各类搅拌摩擦点焊修复的工作原理、修复接头性能和强化方式,并对比分析了各类工艺的不足之处。搅拌摩擦增材修复分为复合增材修复和增材搅拌摩擦沉积修复,主要用于大面积、大体积类表面缺陷的修复,论述了各类搅拌摩擦增材修复的作用机制、沉积层性能和工艺特点。最后对搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

AZ91D薄板搅拌摩擦焊

实现了厚度为2.2 mm铸造镁合金AZ91D薄板的搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊,分析了搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头成形的影响和接头组织变化,考察了搅拌摩擦焊接头的力学性能.在搅拌头旋转速度为1 380 r/min时得到了比较理想的焊接接头,而1 960 r/min的转速过大.接头不同区域所受的机械力和热量不同,显微组织明显不同.搅拌区晶粒细小,显微硬度和强度都有所提高.搅拌摩擦焊接头力学性能与热输入有关;与氩弧焊接头相比,搅拌摩擦焊接接头的性能更好.     

搅拌摩擦增材制造技术研究进展EI北大核心CSCD

本文归纳总结了国内外的搅拌摩擦增材制造(FSAM)技术的研究进展,搅拌摩擦增材制造具有成形快、增材效率高、过程绿色环保等特点。此外,其作为一种固相增材技术,能够有效避免其他熔化增材方法成形过程中引起的缩松、孔隙等缺陷。目前报道的搅拌摩擦增材制造方法,大致可以分为4大类:轴向增材制造、径向增材制造、消耗型搅拌摩擦工具增材制造和叠加板材增材制造。详细列举了搅拌摩擦增材与激光、电弧增材样品微观组织与性能,阐述了不同增材方法的优缺点和适用领域,介绍了搅拌摩擦增材设备单位及已经开展的初步应用和未来设计的搅拌摩擦增材装置的发展方向,为搅拌摩擦增材技术的进一步应用奠定了基础。     

搅拌摩擦焊工艺参数对5052铝合金接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对6 mm厚的5052铝合金板材接头组织和力学性能的影响.在150 mm/min的焊接速度下,旋转速度在600～1 500 r/min的范围内,均得到了高质量的焊缝.焊接接头由热影响区、热机影响区和搅拌区组成.在搅拌区产生了细小的等轴晶组织,最小晶粒尺寸为6.3 μm.搅拌头的旋转速度越高,搅拌区的晶粒尺寸越大.硬度曲线呈"W"形,焊缝中心硬度与母材相当,在距焊缝中心大约3 mm的位置硬度最小值为52 HV左右.在旋转速度为600 r/min与焊接速度为150 mm/min焊接参数下得到的接头强度为236.2 MPa,断后伸长率为22.4%,分别达到母材的92.9%和96.1%.     

焊接参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了板厚为6mm的AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺,并对接头的断裂机制进行了考查。在转速为1000r/min,焊接速度为60～300mm/min条件下获得表面平整,无缺陷的焊缝。与母材相比,搅拌区的晶粒得到明显细化。随焊接速度增加,搅拌区的晶粒尺寸减小。搅拌区的硬度高于其他区域。焊接速度为150mm/min时,接头拉伸强度最高,达到母材的92.7%。断裂多发生在热影响区,热影响区晶粒粗大且分布不均,显微硬度最低,是焊接接头的薄弱环节。     

2024铝合金匙孔搅拌摩擦修补工艺研究

搅拌摩擦焊接头尾部存在一个匙孔,导致搅拌摩擦焊在很多工程应用中受限。为此,采用搅拌摩擦修补方法对2024铝合金接头处的匙孔进行了修补,研究了旋转速度对修补试样宏观成形、微观结构和拉剪性能的影响。结果表明,采用600 r/min旋转速度修补时,试样表面形成了较深的螺旋槽,搅拌区尺寸较小,铝棒与铝基体接触界面出现局部未焊合现象,试样搅拌区组织主要为等轴晶晶粒,晶粒尺寸最大,拉剪性能最差。这是由于旋转速度较低,修补时的热输入量低所致。随着旋转速度提高至950 r/min时,由于热输入量显著增大,试样表面成形光滑,搅拌区尺寸明显增大,铝棒与铝基体接触界面形成完全的冶金结合。此外,搅拌区内等轴晶尺寸最小,试样拉剪性能最优,拉剪力高达8.86kN,断口表现出明显的韧性断裂。但是,继续提高旋转速度至1500 r/min时,反而不利于铝合金匙孔的修补。     

热输入对搅拌摩擦焊AA3003-H18板材显微组织和力学性能的影响（英文）

通过优化焊接参数,采用搅拌摩擦焊对不可热处理强化A3003-H18合金进行焊接以获得合适的接头。通过改变转速(800~1200 r/min)和行进速度(40~100 mm/min)比(ω/υ),研究热输入对焊接样品显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着转速提高,热输入增加,晶粒增长速度大幅增加,而随着行进速度提高,热输入增加,但晶粒增长速度略有增加。与低转速相比,高转速会降低搅拌区的硬度。而不同焊接参数对接头的拉伸强度的影响不明显。在低行进速度时,拉伸样品的断裂位置在前进侧的热影响区(HAZ);而在高行进速度时,断裂位置在后退侧的HAZ/TMAZ界面。     

表面纳米化对镍基高温合金焊接液化裂纹的影响

采用搅拌摩擦处理对Waspaloy高温合金进行表面纳米化，并用激光对搅拌区域进行重熔，研究表面纳米化对液化裂纹的影响. 利用扫描电镜和电子背散射衍射，研究了搅拌区域和重熔区域的显微组织. 结果表明，搅拌摩擦处理在Waspaloy合金表面制备出200 ~ 700 nm的等轴纳米晶粒，细化机制为不连续动态再结晶；从搅拌区表层至底部，晶粒尺寸整体上逐渐增大；经激光重熔后，发现纳米晶层有效抑制了热影响区液化裂纹. 纳米化过程改变了碳化物的分布，避免液化相富集于晶界，晶粒尺寸减小则使晶界面积大大增加，从而减小了液膜厚度，抑制了裂纹的形成.     

铝合金电弧增材制造研究现状

电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM）具有沉积速率高,成形速度快以及适合各种成形环境的优点,吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中,如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。当焊接电流较小或焊接速度较快时,热输入较低,熔融金属冷却速度快,形核率高,成形件为晶粒细小的等轴晶粒,提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短,即热输入越低,成形件等轴晶区越宽,晶粒越细小,气孔缺陷越少,成形件机械性能越优异。对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异,发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低,成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异;脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜,获得平整的表面。分析了电弧增材制造系统的优化方案,发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中,调控熔池流动,避免熔敷金属铺展不均匀;施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形,在晶粒内产生大量位错;利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材...     

搅拌摩擦加工改性热喷涂涂层的组织和性能

采用无针搅拌头以600 r/min的速度对Q235钢基体表面热喷涂高速钢粉末涂层进行四道次搅拌摩擦加工。借助仪器进行微观结构观察,对硬度进行了测试。结果发现:从涂层到基体产生了有层次的渐变影响区,影响区深度达450μm;残余涂层与基体表面的缝隙界面已经消失,可见明显滑移线;影响区中部是等轴细晶区;影响区下部是晶粒变形区,流变线明显可见。元素面扫描分析结果表明:涂层和基体受到搅拌摩擦加工过程中的热力耦合作用,发生了元素互扩散。与未加工试样的显微硬度对比,影响区内组织的显微硬度显著提高。     

液氮冷却FSP对AZ31镁合金材料力学性能的影响

利用液氮冷却装置减少了搅拌摩擦加工(FSP)过程中的热输入,采用SEM、显微硬度仪和试样拉伸设备对搅拌区显微组织和力学性能进行了测试分析。研究表明:通过液氮冷却作用减小热输入、减小搅拌头转速和增加搅拌摩擦道次均有利于减小搅拌区晶粒尺寸。液氮冷却条件下,搅拌头转速和进给速度分别为1000 r/min和37 mm/min时,两道次加工得到的搅拌区晶粒平均尺寸减小至100 nm左右,同时搅拌区硬度提高为原材料的2.7倍。液氮冷却环境FSP试样的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别是自然冷却环境FSP试样的1.39、1.35和1.31倍。强度最大试样断口处分布着大量微米级韧窝和少量解理面,呈韧性断裂为主的混合断裂特征。     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

强制冷却搅拌摩擦加工2024铝合金的组织性能研究

在强制冷却条件下对2024-T4铝合金板进行搅拌摩擦加工,分析了各区(母材区、热机影响区、搅拌区)的组织形貌特征,并研究了前进速度对加工区组织性能的影响。结果表明,从母材、热机影响区到搅拌区晶粒逐渐减小,搅拌区为均匀细小的再结晶组织,平均晶粒尺寸达1.9μm;母材大部分为大角度晶界,热机影响区主要为小角度晶界,搅拌区取向差分布呈双峰模态。搅拌区硬度和抗拉强度随前进速度增大而增大。     

异种厚度6061铝合金板搅拌摩擦点焊接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦点焊工艺对异种厚度的6061铝合金板进行焊接,并采用金相显微镜、显微硬度计、透射电镜和万能拉伸试验机等设备对搅拌摩擦点焊接头的微观组织和力学性能进行测试分析。结果表明,搅拌摩擦点焊工艺可以实现6061铝合金的可靠连接,焊点表面平整光滑,无明显缺陷生成。点焊接头由母材区、搅拌区、热影响区和热机械影响区四个区域组成,其中搅拌区晶粒细小,热影响区晶粒出现了粗化,热机械影响区晶粒发生了变形。随着搅拌头压入深度的增大,接头拉剪性能和剥离性能均增大,其最大值分别为4125、1796 N,当压入深度继续增大,接头软化严重,接头力学性能下降。     

搅拌头旋转速度对搅拌摩擦焊修复ZL210铸造铝合金表面的组织和性能的影响

试验采用搅拌摩擦焊对ZL210铸造铝合金表面进行修复,研究了搅拌头旋转速度对该合金表面修复质量的影响。结果表明,随着搅拌头旋转速度的增加,摩擦热输入加大,母材动态再结晶晶粒尺寸加大,表面出现飞边和毛刺现象严重,当搅拌头转速为1 100 r/min时,修复区域抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为324.8 N/mm~2和12.4%,是母材的92.25%和91.18%,修复中心区域平均显微硬度为92.5 HV,为母材显微硬度的80.43%,拉伸断口主要为尺寸不一的韧窝,呈现为韧性断裂。