铝板搅拌摩擦加工后原位自生第二相颗粒及焊核区晶粒尺寸

对1060铝板进行了搅拌摩擦加工(FSP),通过在加工区添加钛粉的方法原位生成了第二相Al3Ti颗粒,研究了第二相颗粒的分布及焊核区晶粒尺寸。结果表明:在焊核区前进侧钛粉的弥散程度随FSP道次的增多而增大,4道次后基本呈弥散分布,并与铝反应生成纳米级Al3Ti颗粒,该颗粒从界面处剥落后仍聚集于钛粉周围;第二相颗粒有效地限制了晶粒的长大,其数量较多的区域晶粒较细小,且在加工后热处理中几乎不发生长大。     

热处理对AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊接接头显微组织和显微硬度的影响

对AZ31B镁合金进行搅拌摩擦焊接及焊后热处理,研究了热处理前后焊接接头显微组织及显微硬度的变化规律。结果表明:随着退火温度的升高,AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接接头前进侧和后退侧的分界线逐渐消失;在热处理过程中,由于焊核区所吸收的能量主要用于晶粒的长大,而热影响区和热机影响区结合区域在再结晶时消耗了较多的能量,导致了焊核区晶粒的长大速率大于热影响区和热机影响区结合区域的;当退火温度低于200℃时,热机影响区的显微硬度高于焊核区,并且前进侧热机影响区的显微硬度略高于后退侧的;当退火温度高于250℃后,热机影响区的显微硬度显著下降;随着退火温度的升高,热影响区的显微硬度略有下降。     

高熵合金增强铝基复合材料组织与显微硬度研究

以5083铝合金为基体,以FeCoNiCrMn高熵合金颗粒为增强相,通过搅拌摩擦加工技术制备了颗粒增强铝基复合材料,研究了加工道次对复合材料微观组织和显微硬度的影响。研究结果表明:增加加工道次可以使得FeCoNiCrMn高熵合金颗粒在基体中分散更加均匀,显微硬度结果显示添加FeCoNiCrMn高熵合金颗粒后复合材料硬度得到大幅度提升,且5道次加工后的显微硬度最高。     

锥形光头搅拌针搅拌摩擦焊接铝锂合金接头组织及力学性能

采用锥形光头搅拌针搅拌摩擦焊接5mm厚铝锂合金轧制板材，并对接头微观组织、力学性能及断裂特性进行了深入研究。结果表明，接头由焊核区、热机影响区和热影响区构成。焊核区在焊接过程中发生动态再结晶，形成细小的等轴晶晶粒，晶界处分布有大量的偏析相，热影响区组织发生粗化，形成粗大的板条状组织，前进侧热机影响区组织发生回复反应，后退侧热机影响区发生回复 再结晶反应；硬度测试结果表明，接头发生软化，后退侧材料的软化区间和软化程度均高于前进侧；断口实验结果表明，接头断裂模式为解理断裂。     

基于FSP技术制备CeO_2颗粒增强铝基复合材料

采用搅拌摩擦加工技术研究制备了CeO_2颗粒增强5083铝基复合材料,研究了加工道次对材料微观组织、显微硬度和磨损体积的影响。研究结果表明:CeO_2颗粒在基体中的分散程度随着加工道次的增加而增强;添加CeO_2颗粒可以提高材料的硬度和耐磨性,材料的显微硬度随着加工道次的增加而增加,3道次加工后的磨损体积最小。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的裂纹扩展行为

为研究2219铝合金搅拌摩擦焊接头的裂纹扩展行为,首先对搅拌摩擦焊接头进行常规拉伸试验和裂纹延性扩展试验,分析了接头各区的P-V曲线和不同裂纹扩展长度下的裂纹尖端张开角(CTOA),讨论了裂纹扩展抗力以及裂纹扩展的方向。结果表明:在试验条件下,接头各区的抗裂纹扩展能力均高于母材的,焊缝中心、前进侧和回退侧热机影响区的抗裂纹扩展能力无显著差异;接头组织和力学性能的不均匀使裂纹扩展方向具有不稳定性,前进侧热机影响区的裂纹在扩展过程中具有跨越焊缝扩展的趋势,焊缝裂纹在扩展过程中会向回退侧热机影响区偏转,回退侧热机影响区和母材裂纹扩展的偏转角度较小。     

FSP和颗粒增强耦合工艺下铝基复合材料制备的研究进展

搅拌摩擦焊发展起来的搅拌摩擦加工(FSP)技术因具有优异的微观组织、不产生的界面反应等优点在颗粒增强铝基复合材料的制备方面得到广泛研究。首先综述了影响搅拌摩擦加工的工艺参数,包括旋转速度、移动速度、下压量以及搅拌道次。这些参数影响搅拌时的热输入,同时热输入会改变复合材料的塑性流动,从而影响复合材料的结构和力学性能。然后重点讨论了搅拌摩擦加工铝基复合材料的工艺方法,通过开孔或开槽法添加强化颗粒的直接加工工艺存在着颗粒团聚的问题,严重影响材料的力学性能,而搅拌摩擦加工作为二次成形工艺间接加工复合材料可以有效提高复合材料力学性能。最后提出目前搅拌摩擦加工工艺在颗粒增强铝基复合材料的制备与发展方面存在的问题以及发展趋势。     

搅拌摩擦加工道次对PI/7075铝基复合材料显微组织和耐磨性能的影响

在7075铝合金表面预置聚酰亚胺(PI)颗粒,利用搅拌摩擦加工(FSP)技术在不同加工道次下制备PI/7075铝基复合材料,研究了加工道次对复合材料显微组织和耐磨性能的影响。结果表明:增加加工道次可以减少复合材料内部缺陷,提高晶粒细化程度以及PI颗粒在铝合金基体中的分散性;复合材料的耐磨性能优于7075铝合金的,且随着加工道次的增加,耐磨性能提高;不同道次搅拌摩擦加工复合材料的磨损表面均存在少量犁沟和较浅的磨痕,其磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损。     

焊接速度对镁/铝异种合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响

在不同焊接速度(23.5,47.5,75.0mm·min~(-1))下采用搅拌摩擦焊技术对AZ31镁合金和6061铝合金进行对接焊,研究了焊接速度对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:不同速度焊接后,接头焊核区存在条带状组织,焊核区晶粒发生细化;在前进侧焊核区/热机影响区界面处生成了少量金属间化合物Al_3Mg_2和Al_(12)Mg_(17);随着焊接速度的降低,各区域的晶粒尺寸有所增大,材料混合均匀程度有所增强;随着焊接速度的增大,后退侧不同区域的硬度均先降后增,前进侧的硬度整体呈增大趋势,接头的抗拉强度和屈服强度均有所下降;拉伸断裂均发生在接头前进侧焊核区/热机影响区界面处,断裂模式均为脆性断裂。     

搅拌针形状对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头组织和拉伸性能的影响

为深入研究搅拌针形状对搅拌摩擦焊接头显微组织和拉伸性能的影响,采用搅拌针形状不同的搅拌头对8mm厚2A14铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌针形状对接头显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:增大搅拌针的"切边"深度,一方面可以增强搅拌针对材料的搅拌作用,促进材料塑性流动,有利于获得良好的焊接接头,另一方面可以增大搅拌针的动静态体积比,增强搅拌针对材料的挤压作用,增加材料的塑性变形产热,扩大焊核区及热机影响区的面积;焊核区"洋葱环"是材料流动充分的表现;搅拌针动静态体积比大于1对焊接接头拉伸性能的提高很重要,但当动静态体积比达到1.10后,继续增大动静态体积比对抗拉强度的提高效果不显著,但对断后伸长率的影响仍较明显。     

5mm厚6082-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊技术对5mm厚6082-T6铝合金板进行了对接焊,研究了接头的显微组织与力学性能。结果表明:在主轴转速为500r·min~(-1)、焊接速度为400mm·min~(-1)条件下焊接后,接头的组织致密,焊核区晶粒细小均匀,热机影响区的晶粒变得狭长,热影响区晶粒粗化;接头的抗拉强度和屈服强度分别为232.75,161.04 MPa,均略低于母材的(272,229 MPa),其弯曲性能合格;显微硬度呈W形分布,硬度最小值出现在前进侧热影响区,为67 HV,焊核区的硬度为77.6HV。     

2A14厚板铝合金SSFSW角焊缝接头组织及性能

采用自主研制搅拌针长度为8.5mm的静止轴肩搅拌工具和2A14-T4厚板铝合金进行150°角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:在500~700r/min主轴转速与40~100mm/min焊接速度范围内均可获得表面光滑无内部缺陷的角焊缝接头,其外观尺寸可精确控制基本无残余焊接角变形。焊缝区主要由焊核(Stir zone,SZ)组成,SZ形状类似搅拌针圆锥台状或椭圆状、其宽度沿厚度方向分布比较均匀;热力影响区(Thermal mechanical affected zone,TMAZ)及热影响区(Heat affected zone,HAZ)宽度明显较小。焊缝区硬度分布具有明显不均匀特征,最薄弱区位于TMAZ与HAZ的交界处。主轴转速变化对焊缝区平均硬度影响较小,但随着焊接速度增加其平均硬度明显增大。角焊缝前进侧等效拉伸强度大于后退侧,等效拉伸强度随转速增加而减小,焊速的增大而增大。在500r/min-100mm/min焊接工艺下所得到的接头等效拉伸强度最高,可达到母材的79.24%。在拉-剪复合承载模式下,角焊缝拉伸试样宏观塑性变形很小呈现脆性断裂特征。     

铝/黄铜异种金属搅拌摩擦焊搭接接头显微组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对5052铝合金及H62黄铜异种金属进行搭接,搅拌头转速固定为1 000 r/min,焊速为100～300mm/min,对接头微观组织和力学性能进行研究。结果表明:搭接接头铝侧分为焊核区、热机影响区和热影响区。接头铝侧与搅拌头直接作用的区域,晶粒发生一定的细化。搭接界面处两板间分界明显,界面处有黄铜和铝的机械混合,且有金属间化合物产生。接头显微硬度分布表明铝侧焊核区显微硬度最高,硬度最低点在热影响区。界面处的硬度明显大于铝及黄铜母材。随着焊速的增大,接头拉剪载荷先增大后减小。接头拉伸时断于界面区,断口为解理断裂。     

等径角挤压道次对纯锡显微组织与力学性能的影响

在室温下对纯度为99.99%的锻态纯锡板进行不同道次(0～20道次)的等径角挤压(ECAP),研究ECAP道次对纯锡显微组织和力学性能的影响。结果表明：在ECAP的剧烈剪切作用下纯锡晶粒中产生孪晶,并发生孪晶诱导再结晶,晶粒显著细化,当ECAP道次超过12道次时,晶粒细化效果减弱;随着ECAP道次的增加,纯锡的织构强度和最大取向密度降低,硬度、强度和断后伸长率均增大;与锻态纯锡相比,经20道次ECAP后的硬度、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别提高了9.09%,5.14%,32.08%,144.19%;当ECAP道次数少于8道次时,纯锡的主要强化机制为加工硬化,而当ECAP道次数多于8道次时,主要强化机制为细晶强化。     

单双道搅拌摩擦焊接5083/6082异种铝合金T型接头的组织与力学性能

采用单道和反方向双道搅拌摩擦焊接5083-O (壁板)/6082-T6(筋板)异种铝合金T型接头,研究了其显微组织和力学性能。结果表明:单道焊接头的搭接界面由未焊接区、有效结合区和弱结合区组成,反方向双道焊后,弱结合区消除,有效结合区宽度增大;单、双道焊接头T方向拉伸时均在壁板母材处断裂,抗拉强度相近,L方向拉伸时分别在界面和筋板热影响区断裂,且双道焊接头的抗拉强度更高;单道焊接头前进侧弯曲时发生屈服,后退侧弯曲时发生脆断,双道焊接头前进侧和后退侧弯曲时均发生屈服;单、双道焊接头壁板方向的显微硬度保持在75HV左右,沿筋板方向的从热机影响区向母材区先降后增最后趋于稳定。     

纳米SiC颗粒对镁合金搅拌摩擦焊接头性能影响研究

为提高AZ31镁合金焊接接头的综合性能,文章分别研究了无纳米SiC-1道次、添加纳米SiC-1道次和SiC-4道次的搅拌摩擦焊焊接接头,通过光学显微镜、显微硬度仪和拉伸试验机分析了焊接接头的微观组织与力学性能;利用电化学工作站研究了接头的腐蚀行为,采用扫描电镜、EDS和XRD分析了接头的腐蚀形貌、元素成分和物相组成。结果表明,搅拌摩擦焊焊接接头成形良好、无缺陷;接头焊核区组织为均匀的等轴状晶粒,焊接道次的增加可有效改善SiC颗粒的分布情况,异质形核位点的存在起到了晶粒细化的作用,提高了接头的力学性能;在3.5%NaCl溶液腐蚀试验中,含SiC颗粒的接头耐腐蚀性能提升,其中SiC-4道次的接头耐腐蚀性能最佳。     

焊接参数对搅拌摩擦焊焊缝形貌的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝形貌的影响。研究结果表明：采用左螺纹圆柱搅拌头进行焊接时,形成的焊核关于搅拌针中心不对称,回撤边塑性金属迁移程度大于前进边;搅拌头旋转速度和轴肩下压量相同时,增大焊接速度可使回撤边塑性金属向上迁移程度减弱,使焊核宽度及焊核中心偏向回撤边距离减小;搅拌头旋转速度和焊接速度相同时,增大轴肩下压量可使焊核宽度和焊核中心偏向回撤边的距离增大,使回撤边塑性金属向上迁移程度先增大后减小。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊工艺与焊缝组织特征分析

通过2A12高强铝合金的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding.简称FSW）试验,研究了搅拌摩擦焊焊缝组织的宏观形貌。结果表明,带梯形螺纹特征的搅拌头能有效地增加塑化材料的流动性;焊缝的宏观组织可分为4个区域（母材区、热影响区、热机影响区和焊核）,与母材相比较,焊缝区的组织都发生了明显的变化;由于楔形挤压作用、空腔作用、温度差等缘故,前进侧与焊缝材料之间存在显著的相对变形差和组织差异,形成明显分界面;焊接空洞缺陷易出现在前进侧中部的分界面处;而在后退侧,焊缝材料塑性流动方向与母材材料塑性流动方向一致,母材的变形和组织与焊缝材料相差很小且变化均匀,二者的分界面不明显。     

圆环形微凹坑织构表面的摩擦性能

利用数值模拟方法研究具有微圆环状凹坑织构平面在往复运动下的摩擦学性能,分析微圆环深度、圆环内外半径及面积比等织构几何参数对摩擦性能的影响,并与典型的圆柱形织构单元进行对比研究。结果发现,深度相同时,摩擦因数随着圆环宽度的增加而减小,圆环宽度较大时,摩擦因数随织构深度的增加而减小;圆环状织构的动压效应随着圆环宽度的减小而减小;与圆柱状织构表面相比,相同面积比条件下的圆环状织构的摩擦因数更小,同时圆环状织构在吸纳细小磨屑方面也优于圆柱状织构。     

碳纳米管增强镁基复合材料的组织与力学性能

在Mg-1.3Mn-1.0Ce-4.0Zn合金熔体中加入质量分数为0~1.5%的碳纳米管(CNTs),采用搅拌铸造法制备了碳纳米管增强镁基复合材料,研究了复合材料的组织和力学性能,并探讨了复合材料的强韧化机制。结果表明:CNTs能细化基体合金的晶粒尺寸,改变晶粒形貌及第二相的分布特征;随着CNTs添加量增大,复合材料的室温强度、断口伸长率和硬度均呈先增大后减小的趋势;当CNTs的质量分数为0.5%时,室温强度、断后伸长率和硬度最高,分别为212.2 MPa,21.1%和55.0HBW,较基体合金的分别增加了8.5%,37.5%和10%;复合材料的强韧化机制包括增强相强化、第二相强化和细晶强化,而晶粒细化、CNTs的润滑作用及对裂纹的阻碍作用是复合材料塑性提高的主要原因。