搅拌摩擦加工改性冷喷涂6061铝合金涂层的断裂行为

采用搅拌摩擦加工(FSP)对冷喷涂(CS)6061铝合金涂层进行表面改性,研究了改性后涂层的微观组织变化对其在静态和动态载荷下断裂行为的影响。结果表明,FSP改性后的6061铝合金涂层颗粒边界消失,缺陷基本消除,晶粒显著细化,平均晶粒尺寸为3.1μm,极限抗拉强度和伸长率分别上升19%和1730%。静态载荷下CS和FSP试样分别呈现脆性和韧性断裂。动态载荷下,相比CS试样,FSP试样的循环周次显著提升,断口表面具有单一疲劳源,断口分区明显,呈疲劳断裂特征。FSP后涂层缺陷的消除抑制了断裂的产生,提高了涂层强度,晶粒细化提供了更多晶界,阻碍了裂纹扩展,延长了断裂时间。     

利用搅拌摩擦加工对6061铝合金进行表面改性

为了改善典型的锻造铝合金6061(LD30)的表面性能,采用搅拌摩擦加工的方法在其表面制备强化的复合层以提高其硬度和耐磨性,即在铝合金基体表面加工凹槽,填充TiN纳米粉末后,利用搅拌摩擦加工过程中强烈的塑性变形作用获得较好的粉末弥散效果,从而制备强化的金属基复合层。利用光学显微镜对搅拌区域微观形貌进行分析,测试、比较显微硬度并分析了加工区域显微硬度的变化。结果表明,核区金属在搅拌头强烈的搅拌摩擦作用下发生显著的塑性变形和连续动态再结晶,形成细小、等轴晶粒的微观组织。经多道次搅拌TiN粉末获得了较好的弥散效果,搅拌核区硬度较母材提高约HV24,较未添加粉末搅拌的核区硬度提高约HV54。热影响区由于几乎没有弥散的粉末且受到热循环作用而使硬度下降HV20。     

搅拌摩擦加工对铸态7075铝合金显微组织的影响

采用搅拌摩擦加工对变形能力差的铸态7075铝合金进行改性加工,探讨了加工工艺对加工区显微组织的影响.加工工艺优化实验表明,在同样的工具设计和加工参数下,通过两道次重叠加工可在搅拌区获得均匀的细小等轴晶组织;此外,减小加工工具尺寸并提高旋转速度也可明显提高搅拌区显微观组织的均匀性.     

搅拌摩擦加工速度对再生铝合金组织和性能的影响

对4. 2 mm厚Al-7. 0Si-0. 85Fe-0. 30Mg再生铝合金进行搅拌摩擦加工改性,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、显微硬度仪及图形分析仪等研究了加工速度对再生铝合金组织和性能的影响。研究结果表明:搅拌摩擦加工区由细小、均匀分布的球状、粒状和短棒状第二相粒子组成的中心区,边界清晰但细化效果相对较差的前进侧热机械影响区和边界不明显但保持了铸态形貌特征的返回侧热机械影响区组成。搅拌摩擦加工后,中心区的富铁相和共晶硅平均长度较基材分别减小90%和75%,而圆整度则分别提高了7倍和1. 5倍。随着加工速度的提高,富铁相细化效果和圆整度均缓慢提高,而对共晶硅的长度细化效果不敏感,但圆整度显著降低。再生铝合金的抗拉强度和伸长率最大可提高22. 1%和720%,随着加工速度的提高,其抗拉强度、屈服强度和显微硬度均呈现先增加后降低的趋势,而伸长率则逐渐降低,最大降幅达61. 8%。     

铝合金的搅拌摩擦焊

在详细介绍搅拌摩擦焊原理，特点的基础上，针对铝合金的搅拌摩擦焊特点，性能以及工业应用进行了阐述，并且对搅拌摩擦焊在中国市场的发展和应用作了简略介绍和预测。     

铝合金LD10的搅拌摩擦组织及性能分析

搅拌摩擦焊是20世纪90年代发展起来的新型固态塑性连接方法，在航空航天结构中铝合金件的焊接方面有很好的应用前景。文中试验研究了航空航天结构件常用的LD10铝合金的搅拌摩擦焊技术。通过工艺试验，对其塑性连接时的焊缝成形、焊缝组织形态及接头的力学性能进行了分析。研究结果表明，用搅拌摩擦焊方法焊接板厚6mm的LD10铝合金，当规范参数合适时，可获得外观成形美观、内部无缺陷、几科无变形的平板对接接头。从显微组织角度，焊接接头可分为五个区域，即焊核、热力影响区、热影响区、轴肩变形区和探针挤压区，各区域的组织有明显的特征。接头的力学性能试验表明，接头的抗拉强度可达母材的87％，高于熔焊接头的强度，断裂位置大多位于热影响区。     

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。     

汽车用铝合金在搅拌摩擦加工下的组织改性与力学性能分析

探讨了搅拌摩擦加工对汽车用YL112铝合金显微组织和力学性能的影响。结果显示,经搅拌摩擦加工后, YL112铝合金的孔隙率明显降低, α-Al内部的树枝状结构遭受严重破坏, YL112铝合金中较大的第二相粒子和针状Si相得到有效分解。分解后的产物在搅拌摩擦加工的熔核区域均匀重分布,进而使YL112铝合金的微观结构得到细化。此外,搅拌摩擦加工显著提升了YL112铝合金的抗拉强度及断后伸长率。在低延展性及高孔隙率存在的区域, YL112铝合金容易发生断裂,而经过搅拌摩擦加工处理, YL112铝合金的微观组织被重组改善,最终展现出更优异的综合力学性能。     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织分析

对4mm厚的铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,用光学显微镜观察了焊缝截面的显微组织。由于温度和变形程度不同,焊缝不同位置的组织有所不同,母材区晶粒组织明显比过渡区和搅拌区的晶粒组织细小而均匀。过渡区的材料由于受到搅拌头的剪切作用,发生了大的弯曲变形,呈板条状组织。     

纯铝搅拌摩擦加工后微观组织及硬度的演化规律(英文)

研究轧制态纯铝经搅拌摩擦加工后的微观组织、织构及硬度。采用EBSD技术表征横截面的微观组织及织构。结果表明:焊合区晶粒呈等轴的完全再结晶状。基材主要包含的织构组分有R、S及黄铜R,同时含有少量的铜型织构。在焊合区中心,主要的织构组分是平行于ND指向RD 70°方向的(111),这一区域的织构绕着ND顺时针旋转30°和逆时针旋转60°分别得到回退侧和前进侧距离此区域3 mm的织构。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面硬度及微观组织研究

鉴于当前对搅拌摩擦焊接头的研究集中于接头内部而忽略表面的现状,本文针对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头的表面、内部微观组织形貌和显微硬度展开研究。结果发现:与截面相比,表面热影响区不明显,热机影响区更窄,其晶粒扭曲更严重,且晶粒变形方向相切于焊接方向;截面硬度分布呈"W"型,而表面硬度呈"犬牙"型,表面热机影响区是硬度梯度变化最大、硬度最低的区域,是母材的68.3%;受轴肩顶锻压力和散热条件影响,表面焊缝中心硬度比截面焊缝中心硬度更高,表面热机影响区是焊缝的薄弱区域。     

搅拌摩擦加工改性冷喷涂Al-12Si合金涂层的组织和性能

采用冷喷涂在碳钢基体上沉积制备了Al-12Si合金涂层,分别采用平端面和渐开线端面的无针搅拌头以950r/min转速对涂层表面进行搅拌摩擦加工(FSP)改性。采用光镜和扫描电镜对喷涂态和FSP改性后涂层的组织结构进行了表征。结果表明:采用两种搅拌头获得了不同形貌的组织,随着渐开线端面搅拌头的移动,提高了热输入,涂层中组织出现了过热造成的气孔缺陷。Si颗粒在FSP的塑性变形过程中得到了充分的混合,均匀地分散在了涂层中,分析表明沉积粒子的再分布和晶粒的细化能显著提高涂层的表面性能,此外,两种FSP搅拌头改性后涂层表面的硬度分别为113.8HV0.5和125.1HV0.5。     

铝合金LD10的搅拌摩擦焊组织及性能分析

搅拌摩擦焊是 2 0世纪 90年代发展起来的新型固态塑性连接方法 ,在航空航天结构中铝合金件的焊接方面有很好的应用前景。文中试验研究了航空航天结构件常用的LD10铝合金的搅拌摩擦焊技术。通过工艺试验 ,对其塑性连接时的焊缝成形、焊缝组织形态及接头的力学性能进行了分析。研究结果表明 ,用搅拌摩擦焊方法焊接板厚6mm的LD10铝合金 ,当规范参数合适时 ,可获得外观成形美观、内部无缺陷、几乎无变形的平板对接接头。从显微组织角度 ,焊接接头可分为五个区域 ,即焊核、热力影响区、热影响区、轴肩变形区和探针挤压区 ,各区域的组织有明显的特征。接头的力学性能试验表明 ,接头的抗拉强度可达母材的 87% ,高于熔焊接头的强度 ,断裂位置大多位于热影响区     

异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织与硬度研究

采用搅拌摩擦焊对异种铝合金6061-T6(上板)和A356-T6(下板)进行搭接焊,用体式和光学显微镜观察搭接接头的组织形貌,并测试其显微硬度.结果表明:在适当的工艺参数条件下,可以获得表面成形良好、内部无明显缺陷的搭接接头.在焊核区,两板间存在明显的界面,且位置较原位置整体上移,前进侧界面处呈锯齿状,界面由两种铝合金组织交替镶嵌而成,而后退侧界面则呈曲线状.两板均呈现典型的搅拌摩擦焊接头组织:焊核区由细小的等轴晶组成,而热影响区组织与母材相似,晶粒有细微粗化,热机影响区晶粒被拉长、弯曲,有明显的塑性流动.两板焊缝区显微硬度比各自母材均有不同程度的降低,且上板6061-T6降低幅度较大,焊后最大硬度约为母材的65%.     

1561铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织分析

采用恒压力控制模式对4 mm厚1561铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接试验,并对接头微观组织进行了研究. 结果表明,随着由母材向焊缝中心过渡,晶粒尺寸呈先增大后减小的趋势,小角度晶界占比和位错密度持续降低. 其中,热影响区晶粒在焊接热循环的作用下发生长大. 热力影响区由被拉长的条状晶粒及细小等轴晶组成,表明此区域发生部分动态再结晶. 搅拌区晶粒呈细小的等轴晶形态,说明该区域发生了完全动态再结晶. 与母材区数量较小且尺寸较大的沉淀相相比,搅拌区存在大量尺寸较小的Al₆Mn相,说明此区域沉淀相发生了先溶解再析出的过程. 同时,搅拌区存在明显的位错墙和亚晶界等亚结构,表现出连续动态再结晶的组织形成特征. 搅拌区内Al₆Mn相主要分布在位错上,起到了钉扎位错并阻碍再结晶晶粒长大的作用.     

铝合金搅拌摩擦焊接缺陷的研究进展

搅拌摩擦焊接技术是一种利用高速旋转的搅拌探头与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺.为提高铝合金搅拌摩擦焊接接头质量,对工艺参数的波动、装配和表面状态等原因产生的铝合金搅拌摩擦焊接特有的缺陷(包括缺陷的种类、特征及形成原因)进行分析.总结了缺陷对接头拉伸、疲劳性能的影响以及焊接缺陷的检测和修补方法.对改善铝合金搅拌摩擦焊接接头性能和提高焊接生产效率具有重要的理论意义和实际参考价值.     

铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析

详细介绍了搅拌摩擦焊（FSW）接头塑性流变数值模拟所得到的结果，并且利用搅拌摩擦焊的“插入试验”，测量了搅拌头旋转着插入铝合金材料过程中作用在搅拌头上的作用力，并将之转化为有效的粘度值和温度输出，确定了搅拌摩擦焊过程中充分塑化区（FPZ）的材料粘性，3－D数值模拟结果显示了搅拌头肩台下大约1.5mm的紊流区域的形成；解释了在异种金属搅拌摩擦焊接过程中无序混合产生的间混薄层结构，以及局部液相形成（初始熔化）引起的搅拌头的瞬间滑移导致了在特定的温度下（Tcrit）的材料粘性迟滞。     

铝合金搅拌摩擦加工制备颗粒增强表面层的组织演变机制

采用搅拌摩擦加工技术,对热喷涂高速钢涂层的铝合金进行了4次重复加工。测试分析结果表明,搅拌摩擦区域的显微组织经历了:涂层破裂→破碎成大尺寸颗粒并嵌入到基体中,并导致基体产生裂纹→大尺寸颗粒继续破碎,小尺寸的颗粒增加,部分块状颗粒被卷入到基体内部,裂纹因回复和再结晶而消失→细小颗粒均匀分布的表面复合层一系列演变过程。由于强烈的热、力耦合作用,使Al-Fe间产生了异常的快速互扩散,搅拌摩擦加工过程中生成的大量细小的Al3Fe颗粒。表面复合层显微硬度最高达到540 HV,比基体的提高了近8倍。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

在不同的焊接工艺参数下对8mm厚的7050-T7451锚合金板进行 了搅拌摩擦焊接实验通过对焊接接头组织的分析,发现焊核区晶粒为明显的细化再结晶等轴晶;热机影响区晶粒沿流线方向拉长且有细小沉淀相在晶界上析出;热影响区的组织发生了晶粒粗化.沿焊缝横截面的显微硬度分布呈高-低-高-低-高的趋势,硬度最低处位于后退侧的热影响区.实验结果表明,在旋转速度为375r/min、焊接速度为100mm/min时,可以获得较好的焊缝组织织,抗拉强度达到了 452MPa.     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高