基于摩擦挤压增材制造的单道多层6061铝合金组织特征与力学性能

本文成功实现6061铝合金摩擦挤压增材制造(Friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺,对单道1层、2层及9层增材试样组织特征、界面连接机制及力学性能进行了分析讨论。试验表明：在主轴转速600 rpm和移动速度300 mm/min下可获得完全致密无内部缺陷的每层厚度和宽度分别约为4 mm和32 mm的6061单道1层、2层及9层增材试样。增材组织均匀完全由细小等轴晶组成,单道1层和单道9层平均晶粒尺寸分别为5.63±1.66 μm和8.31±1.68 μm,与填充棒料母材比较晶粒(24.21±5.3 μm)明显细化。单道1层增材组织内部强化相b2几乎全部溶解而b′发生粗化,平均硬度为母材的64.7%。增材界面实现冶金连接其晶粒细化最显著,由于强化相b2及b′几乎全部溶解,其硬度降低为母材的56.9%,单道9层试样因多次热循环降低为母材的50.6%。单道9层增材试样具有优良的强韧匹配,沿增材层长度方向平均抗拉强度和断后伸长率分别为194 MPa和34.6%,沿增材层垂直方向平均拉伸强度和断后伸长率分别为151.0 MPa和10.4%。     

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500～1 000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600～800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.     

CLAM钢搅拌摩擦焊接头高温蠕变行为

针对核聚变堆用CLAM钢，对焊后热处理的搅拌摩擦焊接头在823 K条件和180～300 MPa应力水平下的单轴拉伸蠕变性能、断口形貌、显微组织进行了研究. 结果表明，当蠕变应力由300，260及220 MPa降低到180 MPa时，CLAM钢搅拌摩擦焊接头的蠕变寿命分别由1.5，19.2及883 h增加到6769 h以上. 临界热影响区是接头蠕变断裂的最薄弱区域，主要呈现位错控制的蠕变变形机制和穿晶韧性断裂模式. 在蠕变过程中临界热影响区组织发生回复并形成亚晶，导致位错强化作用降低；M₂₃C₆碳化物发生不同程度的粗化或周围生成Laves相，导致析出和固溶强化作用减弱；这些因素是CLAM钢FSW接头蠕变性能恶化的主要原因. 采用Monkman-Grant方程预测FSW接头在1×105 h蠕变寿命下的蠕变断裂强度估计为156 MPa，达到母材强度的88%.