温度及搅拌摩擦加工对AZ31镁合金力学性能的影响

在不同温度下对AZ31镁合金挤压型材实施了搅拌摩擦加工实验,利用光学显微镜和试样拉伸设备,研究了温度及搅拌摩擦加工对试样加工硬化率及力学性能的影响。研究表明:随着温度升高,母材和搅拌区材料的屈服强度和抗拉强度均减小,母材强度减小的较多;搅拌区材料的总伸长率和均匀伸长率均高于母材,温度达到100℃时,均达到最大值,分别为35%和33.5%;搅拌区材料室温及100℃的加工硬化率在较高应变量时仍能保持一定水平,而母材所有温度下的加工硬化率均随应变增大而大幅下降;母材的拉伸应变由非基面滑移和压缩孪晶主导,而搅拌区材料拉伸应变则转为由基面滑移和拉伸孪晶主导。     

ZK60/AZ31异种镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究

研究了ZK60/AZ31异种镁合金搅拌摩擦焊接头的显微组织、微区织构、显微硬度和力学性能。结果表明,ZK60合金侧和AZ31合金侧焊缝区的晶粒尺寸都相对母材更加细小,且ZK60合金侧热影响区、冠状区和搅拌区的平均晶粒尺寸都要小于AZ31合金侧相应区域;ZK60/AZ31镁合金焊接接头的屈服强度在AZ31合金母材和ZK60合金母材之间,而断后伸长率远小于两种合金母材;ZK60合金侧搅拌区边部、搅拌区中心和AZ31合金侧搅拌区边部的孪晶体积分数分别为7.7%、2.8%和32.3%;ZK60/AZ31镁合金焊接接头的断裂位于后退侧AZ31合金侧过渡区与搅拌区界面处。     

AZ31B镁合金熔焊接头弯曲变形行为研究

采用与母材同质的焊丝对AZ31B镁合金板材进行手工钨极氩弧焊,利用专门设计的模具对镁合金熔焊接头进行423K弯曲变形试验,通过光学显微镜、扫描电镜及拉伸试验机等手段,研究了弯曲前、后的AZ31B镁合金熔焊接头的微观组织及力学性能.结果表明:AZ31B镁合金熔焊接头经423K弯曲变形后,焊缝区和热影响区都出现了一定的孪晶,接头热影响区铸态枝晶组织转变为细小的孪晶组织,孪生成为接头主要的变形机制;焊缝近表面处孪晶密度比中部密度大,焊缝及热影响区晶粒明显得到细化;接头抗拉强度由原先的178MPa增加至216MPa,伸长率由7％提高到9％.     

搅拌摩擦加工AZ31细晶镁合金超塑性行为研究

借助搅拌摩擦加工工艺制备了AZ31细晶镁合金,研究对比了原始母材和各种晶粒尺寸细晶镁合金的超塑性行为。结果表明：AZ31板材平均晶粒尺寸由7.67μm细化到0.94μm~3.21μm。在450℃,应变速率5×10-4/s-1时原始母材最大延伸率为630%,搅拌摩擦加工后的材料最大延伸率为405%,说明晶粒尺寸与超塑性性能没有线性关系。超塑性变形机制主要是晶界滑移,孪生对变形也有一定影响。断裂机制是晶间微小空洞的形成、长大和连接。     

搅拌摩擦加工AZ31细晶镁合金超塑性行为

借助搅拌摩擦加工工艺制备了AZ31细晶镁合金,研究对比了原始母材和各种晶粒尺寸细晶镁合金的超塑性行为。结果表明:AZ31板材平均晶粒尺寸由7.67μm细化到0.94~3.21μm。在450℃,应变速率5×10~(-4) s~(-1)时原始母材最大延伸率为630%,搅拌摩擦加工后的材料最大延伸率为405%,说明晶粒尺寸与超塑性性能没有线性关系。超塑性变形机制主要是晶界滑移,孪生对变形也有一定影响。断裂机制是晶间微小空洞的形成、长大和连接。     

搅拌摩擦加工AZ31镁合金的超塑性

对搅拌摩擦加工AZ31镁合金的微观组织和拉伸力学行为进行了研究。结果表明,通过搅拌摩擦加工,热轧AZ31板材的平均晶粒尺寸由92.0μm细化到11.4μm。搅拌摩擦加工板材在高温下具有优异的塑性,伸长率在温度为723K和应变速率为5×10-4s-1的条件下达到1050%。该材料还具有高应变速率超塑性,在723K和1×10-2s-1的条件下伸长率达到268%。在相同实验条件下,母材由于晶粒尺寸粗大,没有显示出超塑性。     

加工参数对搅拌摩擦加工AZ31镁合金组织和力学性能的影响

研究了4mm厚AZ31镁合金板材搅拌摩擦加工工艺.在加工速度为100mm/min,转速为500～1500r/min条件下获得了表面平整、无宏观缺陷的加工面.搅拌区的晶粒尺寸相对于母材得到了明显的细化,并且随着转速的增加,搅拌区的晶粒逐渐增大,显微硬度逐渐降低,符合霍尔-佩齐公式.在应变速率为5×10-3s-1的条件下了进行室温拉伸,结果发现,加工后搅拌区细晶组织的抗拉强度相对于母材有所降低,但伸长率得到提高.     

搅拌摩擦焊接AZ31镁合金低周疲劳性能（英文）

作为新型大塑性变形技术,搅拌摩擦焊接技术(FSW)已成功应用于超细晶材料的制备。采用FSW对热轧态AZ31镁合金进行连接,对母材和FSW接头的低周疲劳性能进行了研究。结果表明:在疲劳和单轴拉伸测试过程中,焊合区与前进侧热机械影响区交界处为性能薄弱区域。FSWAZ31接头的低周疲劳寿命、屈服强度、抗拉强度以及断后延伸率均低于母材。AZ31镁合金疲劳测试过程中的主要变形机制为位错滑移,疲劳断口表面呈现出明显的疲劳纹。最终,发现母材和FSW接头低周疲劳行为符合Coffin-Manson和Basquin关系。     

表面机械研磨对AZ31镁合金显微组织和性能的影响

采用机械研磨法对挤压态AZ31镁合金进行表面纳米化处理,通过显微组织观察、硬度测试、拉伸性能测试研究了表面机械研磨时间对AZ31镁合金组织和性能的影响。结果表明:经3、6、9 min表面机械研磨处理的AZ31镁合金,从表面到芯部形成了不同厚度的变形层,并有大量孪晶产生。随着表面研磨时间的增加,变形层厚度和孪晶体积分数逐渐增加,AZ31镁合金的强度和硬度逐渐增加,伸长率逐渐降低。与原试样相比,6 min表面机械研磨处理的AZ31镁合金抗拉强度和屈服强度分别提高42.6%和110.2%,表面硬度提高35.4%。表面机械研磨时间超过6 min后,合金强度、硬度和伸长率的变化幅度很小。     

搅拌摩擦加工AZ31镁合金低周疲劳性能研究

作为新型大塑性变形技术,搅拌摩擦焊接技术（FSW）已成功应用于超细晶材料的制备。本文采用FSW对热轧态AZ31镁合金进行连接,对母材和焊接接头的低周疲劳性能进行了研究。结果表明：在疲劳测试和单轴拉伸测试过程中,焊合区和前进侧热机械影响区交界处为性能薄弱区域。FSW AZ31接头的低周疲劳寿命,屈服强度,抗力强度以及断后延伸率均低于母材。AZ31镁合金疲劳测试过程种的主要变形机制为位错滑移,疲劳断口表面呈现出明显的疲劳纹。最终,我们发现母材和FSW接头低周疲劳行为符合Coffin-Manson和 Basquin关系     

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%.     

Effect of Friction Stir Processing on Microstructure and Mechanical Properties of Cast AZ31 Magnesium Alloy

对铸态AZ31镁合金进行单道次和双道次搅拌摩擦加工,对其微观组织和力学性能进行研究.结果表明:铸态AZ31镁合金搅拌摩擦加工后,共晶网状β-Mg17Al12相破碎并发生固溶,微观组织显著细化和均匀化.AZ31镁合金母材和单道次搅拌摩擦加工后的试样没有择优取向,而双道次搅拌摩擦加工后的试样存在择优取向,其(0002)基平面与试样表面平行.单道次和双道次搅拌摩擦加工后试样的抗拉强度分别提高了43和82MPa,延伸率提高了4.3％和11.9％.搅拌摩擦加工后试样的拉伸断口表现为韧性断裂特征.     

搅拌摩擦加工AZ31超细晶镁合金超塑性行为

采用搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)制备了超细晶AZ31镁合金,研究了温度和应变速率对超细晶AZ31镁合金高温超塑性行为的影响.结果 表明,FSP制备的超细晶镁合金平均晶粒尺寸为0.65 μm.随着变形温度升高和应变速率降低,FSP加工区域的晶粒粗化.当应变速率为0.01 s-1...     

搅拌摩擦加工处理对AZ31镁合金高应变率变形行为的影响

对15 mm厚热轧态AZ31镁合金板进行搅拌摩擦加工处理,进给速度V=400 mm/min,搅拌针旋转速度U=600 r/min~1 400 r/min。利用Hopkinson压杆测试装置对不同状态的AZ31镁合金进行了高应变率冲击试验,分析了搅拌摩擦加工工艺对该合金动态应力-应变行为及其应变率效应的影响。结果表明,在高应变率冲击条件下,搅拌摩擦加工后的AZ31镁合金的动态屈服强度提高。V=400 mm/min、U=600 r/min搅拌摩擦加工工艺处理的AZ31镁合金获得了最好的冲击变形抗力,且搅拌摩擦加工处理后AZ31镁合金的动态应力-应变行为对应变率不敏感。晶粒细化是提高合金抗冲击变形能力的主导因素。     

镁合金复合变形过程中的动态再结晶及微观组织演变规律研究

对挤压态AZ31镁合金进行了压痕-压平复合变形工艺实验研究,分析了复合变形工艺参数对镁合金动态再结晶组织及孪晶组织的影响规律。研究结果表明,经过复合变形后,AZ31镁合金的微观组织呈现孪晶组织和动态再结晶组织。复合变形系数和变形温度对镁合金微观组织影响明显。随着复合变形系数的增大和变形温度的提高,动态再结晶体积分数随之增大,动态再结晶组织逐渐增多,最后覆盖原始孪晶组织,得到分布均匀且细小的等轴晶,有效改善了镁合金材料的组织性能。     

AZ61合金FSP试样室温拉伸力学性能

对AZ61镁合金进行了搅拌摩擦加工(FSP),利用拉伸实验机,在室温下对FSP试样进行了拉伸实验。研究表明,对4道次FSP试样实施3%的压缩变形,可显著提高AZ61镁合金的室温力学性能。对于平行于FSP进给方向截取的试样,4道次FSP可将极限抗拉强度从母材的190 MPa提升到327 MPa,伸长率也从母材的13%提高到了18%,屈服应力提升不明显;对于垂直于FSP进给方向截取的试样,4道次FSP可有效提升AZ61镁合金的极限抗拉强度;沿着搅拌头轴线方向对FSP试样施加3%的压缩变形,可分别将材料的屈服应力和极限抗拉强度由母材的140 MPa和190 MPa提升至178 MPa和362 MPa。     

搅拌摩擦加工工艺对AZ31镁合金显微组织与拉伸性能的影响

利用搅拌摩擦加工技术,研究了不同工艺对AZ31镁合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:当进给速度为200、400 mm/min、搅拌针转速低于1000r/min时,AZ31镁合金的显微组织由于发生动态再结晶,获得了均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸小于7μm。随着搅拌针转速提高,该合金显微组织不断粗化。与母材相比,经搅拌摩擦加工后,AZ31镁合金的应变强化效应明显增强,塑性明显提高,但屈服强度有所降低。采用搅拌速度600 r/min、进给速度400mm/min,工艺FSP处理后,该合金获得了最佳的综合力学性能。     

等温循环弯曲对镁合金板材组织及力学性能的影响

对AZ31B镁合金板材在不同温度下进行了不同道次的等温循环弯曲试验,分析了镁合金板材微观组织和宏观织构的变化情况.结果表明,在变形温度为443 K和483 K时,主要由孪晶来协调变形,并且在孪晶带附近产生了最初的再结晶晶粒；在变形温度为523 K时,最初再结晶晶粒产生在晶界处.在变形温度为483 K循环弯曲3个道次的条件下,其室温伸长率达到17.1％,而原始AZ31B镁合金板材的室温伸长率为12.4％.其基面织构最大相对强度由9.80降到了5.75.     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对我国航天工业中常用的6.6 mm厚的AZ31B镁合金进行了搅拌摩擦焊试验,获得了型面良好、表面质量光滑、检测无缺陷的焊接接头。对比分析了镁合金在不同工艺参数下的焊接接头拉伸、硬度以及断裂等力学性能;同时,研究了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊在不同区域的显微组织结构。结果表明,焊接接头抗拉强度达到250 MPa,为母材的89.3%,焊接接头硬度大于母材硬度,接头断裂位置位于前进边热力影响区附近;焊核区晶粒大小均匀,热力影响区晶粒大小不一,存在焊核区塑性流动和搅拌头的转动双重作用结构,从而论证了航天AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的可行性。     

压缩条件下AZ31镁合金第Ⅱ阶段加工硬化

在温度为25℃~300℃、应变速率为3×10~(-2)s~(-1)~10~(-4)s~(-1)的条件下,对挤压态的AZ31镁合金沿挤压方向进行了压缩试验,试验研究了加工硬化率随应力的变化关系,以及产生第Ⅱ阶段加工硬化的原因。结果表明,在一定温度及应变速率范围内,加工硬化率随应力增加而增加,当加工硬化率达到峰值时即出现第Ⅱ阶段加工硬化。产生第Ⅱ阶段加工硬化的主要原因是压缩过程中,镁合金组织产生了{1012}拉伸孪晶,随着孪晶数量增加,大量孪晶界会阻碍位错运动,造成加工硬化率升高。