搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究

采用搅拌摩擦加工法制备铝基SiC复合层,研究不同加工道次下SiC颗粒在复合层中的分布形态,并对复合层的组织形貌和显微硬度进行分析。结果表明:加工次数的增加,有利于复合层中SiC颗粒的均匀分布,经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒分布均匀,基体金属组织中粗大Si相和枝晶完全消失,组织被明显细化。增强相SiC颗粒的加入使复合层显微硬度得到提高,4道次加工后搅拌摩擦中心区显微硬度最高值为71 HV,较基体金属(45HV)提高了26 HV,搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍。     

搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒增强AZ31镁基复合材料

利用搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒含量为20%(体积分数,下同)与40%的Mg-AZ31基复合材料.结果表明:碎化后的Ti颗粒平均尺寸约为200 nm,经4次搅拌摩擦加工处理后基体组纵发生明显的细化,晶粒尺寸为3～5 μm.添加20%Ti颗粒的复合层中碎化的Ti颗粒在Mg基体中呈不均匀分布,复合层具有较低的强度和伸长率;当Ti颗粒添加量为40%时,复合层中碎化Ti颗粒在Mg基体中均匀分布,复合层强度有明显提高,伸长率较基体无明显降低.利用混合定律计算复合层的显微硬度,其结果与试验值相吻合.     

搅拌摩擦加工制备碳纳米管增强铬锆铜基复合材料的工艺探索

本文用搅拌摩擦加工的方法成功制备了碳纳米管增强铬锆铜基复合材料,并对制得的复合材料的组织、硬度进行了分析。结果表明,在搅拌头旋转速度为750r／min,挤压速度为30mm／min时能获得良好成型的复合材料,复合区的晶粒大小较母材发生了明显的细化,硬度得到了显著的提高。     

纳米SiCw增强铝基复合材料的搅拌摩擦加工制备

用搅拌摩擦加工法制备纳米SiCw增强ZL114A铝基复合材料,并对其组织及性能进行分析.结果表明,在30 mm×6mm形成了结构致密,无明显疏松、孔洞的搅拌摩擦复合区,复合区晶粒细小,搅拌摩擦中心区SiCw分布较均匀.该复合材料经T6热处理后强化效果不明显,SiCw主要起韧化作用,搅拌摩擦中心区硬度及抗拉强度略有下降,但伸长率得到改善,比基材提高111.4％.     

搅拌摩擦加工制备镁基铝覆层材料的组织与性能

在采用多道次搅拌摩擦加工成功地在镁合金表面覆合一层铝层的基础上,利用光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析和电子万能材料试验机对界面组织、元素成分分布、界面结合力和断口形貌进行了分析,并分析了不同焊接速度对重叠区界面组织和性能的影响规律.结果表明,界面由N道次区、重叠区和N+1道次区组成,重叠区界面过渡层的厚度随着焊接速度的降低而增加.其过渡层由Al+Al₃Mg₂相和Mg+Al₁₂Mg₁₇相组成.重叠区界面的剪切力随着速度的降低而增加,断裂方式为塑性断裂.     

搅拌摩擦加工法制备铝基复合材料组织与性能研究

用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料,并对其组织及硬度进行了分析。结果表明:搅拌摩擦中心区晶粒尺寸与轴肩变形区相似,晶粒比较细小;搅拌摩擦区边界的晶粒组织发生了明显的塑性变形,晶粒被扭曲拉长。碳纳米管在搅拌摩擦中心区均匀分散,和基体结合良好。碳纳米管对基材有明显的强化作用,搅拌摩擦中心区硬度在55 HV左右,是纯铝的2倍。     

纳米SiC颗粒增强镁基复合材料半固态搅拌法制备工艺优化

采用半固态机械搅拌铸造法,制备了增强体平均粒径50 nm的Si C颗粒增强镁基复合材料(n-Si Cp/Mg9Al),分别对不同质量分数纳米颗粒、不同搅拌时间和不同搅拌温度时,复合材料的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,随着Si C含量的增加,合金基体组织先细化后又出现变粗的现象,适当延长搅拌时间能更有效地细化组织,在较低温度下搅拌可以更明显地细化复合材料的微观组织。合金抗拉强度随着Si C含量的增加先增加后降低,在Si C含量为1.5%时最好,为198 MPa。在含量为2%时又有所降低,但是高于不加Si C时。搅拌时间为15 min时,复合材料的屈服强度、抗拉强度较之基体分别提高了12.8%、22%,断后伸长率由基体合金的2%提升到4%。继续延长搅拌时间到30 min,材料的室温拉伸性能出现明显恶化。不同搅拌温度下Si Cp/Mg9Al纳米复合材料与铸态Mg9Al合金相比其室温拉伸性能有明显提高,搅拌温度为600℃的Si Cp/Mg9Al纳米复合材料的室温拉伸性能最好,其屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别为106 MPa、155 MPa和4%。     

搅拌摩擦加工制备纳米RE/Al2O3增强铝基复合材料

铝基复合材料因其优异的物理性能及机械性能已得到广泛应用.文中通过在2219-O铝合金内部添加不同比例的RE/Al₂O₃纳米粉末,利用搅拌摩擦加工技术,制备铝基复合材料.并对搅拌区进行金相、拉伸、硬度、SEM,EDS和XRD等试验.结果表明,搅拌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,形成细小的等轴晶粒,并具有明显的洋葱环组织.复合材料的抗拉强度为母材的163%、屈服强度为母材的195%,同时硬度也明显增加.但是不同稀土比例对金属基复合材料的组织形貌和力学性能影响不大.大块复合材料制备过程粉末添加及隧道型缺陷的控制是关键.     

时效热处理对水下搅拌摩擦加工WE43镁合金的微观组织及力学性能影响

研究了铸造WE43镁合金在水下搅拌摩擦加工（SFSP）过程中的微观组织演变、后续时效热处理对SFSP试样微观组织及力学性能的影响。研究结果表明,SFSP显著细化了铸造WE43镁合金的晶粒尺寸,同时也将粗大的第二相破碎成细小弥散的不规则状颗粒。SFSP后,由于微观组织的细化及均匀化,材料的强度和伸长率均得到大幅提升。经过后续时效热处理后,由于β′′和β1相的大量析出,峰值时效试样的强度得到了进一步提高,伸长率则有所降低。断口形貌分析表明,SFSP试样的拉伸断裂模式更倾向于韧性断裂,而峰值时效试样的拉伸断裂模式为韧–脆混合断裂。     

镁和钢搅拌摩擦焊接头组织分析

采用搅拌摩擦焊对镁合金(AZ31B)和钢(Q235)异种材料进行焊接,通过优化工艺参数获得最佳成形接头,并采用光学显微镜对接头显微组织进行观察,通过SEM沿板厚方向分析焊核与钢侧界面不同位置的微观形态.结果表明,镁/钢连接紧密,焊核勺子状区与镁侧分界面明显,晶粒较母材晶粒明显长大;钢侧热力影响区受机械和热的复合作用,组织不均匀,既有等轴晶组织也有条状组织,镁侧热力影响区不明显;镁热影响区晶粒粗化较钢侧严重.接头横截面钢侧显微硬度距离焊核越近硬度值越高,焊核硬度分布不均,局部区域硬度很高,最高为324.7 MPa,镁侧硬度值较均匀.     

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。     

Using friction stir processing to produce ultrafine-grained microstructure in AZ61 magnesium alloy

In order to obtain fine-microstructure magnesium alloys with superior mechanical properties, AZ61 alloy was processed by friction stir processing（FSP） combined with rapid heat sink. It is found that ultrafine-grained microstructure with average size less than 300 nm is observed in the resultant AZ61 alloy. The mean microhardness of the ultra-fine region reaches Hv 120-130, two times higher than that of AZ61 substrate. All these results demonstrate clearly that under a cooling rate high enough, ultra-free structure in AZ61 alloy with superior mechanical properties can be produced by one pass FSP via dynamic recrystallization.     

搅拌摩擦加工原位反应制备Al3Ti-Al表面复合层

通过在铝合金1100-H14表面加工矩形凹槽并添加微米级钛粉再进行搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)的方法,在铝合金表面获得Al3Ti-Al复合层.采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)以及X射线衍射(XRD)对表面复合层微观结构及相组成进行了分析,并对复合层的显微硬度进行了检测.结果表明,在FSP强烈的热、力耦合作用下,钛粉产生了碎化,破碎后的钛颗粒与铝产生快速原位反应,生成微米和亚微米级Al3Ti颗粒,残留的钛颗粒和细小的Al3Ti颗粒一同均匀地分布于铝合金基体中,从而使得铝合金表面的硬度得到提高,其平均值达到了71.39HV,为基体硬度的2.1倍.     

退火工艺对搅拌摩擦加工镁合金微观组织和显微硬度的影响

采用搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)技术对AZ31镁合金进行加工,通过采取不同温度及保温时间的退火工艺,研究了FSP镁合金在退火过程中的微观组织演变过程及硬度变化规律。结果表明,FSP成功制备了细晶AZ31镁合金,其平均晶粒尺寸细化程度达54.9%。当退火温度在200～300 ℃时,加工区(SZ)晶粒尺寸较为稳定,且组织发生不同程度的均匀化和细化;当温度超过300 ℃时,加工区晶粒互相吞噬而快速长大。在退火温度较低、短时间保温时热影响区(HAZ)组织变化不明显,而延长保温时间或者升高温度,HAZ区组织会迅速细化、均匀化;当退火温度超过300 ℃时,再结晶会在短时间内完成,随后晶粒继续长大。在300 ℃下保温60 min为最优退火工艺,可使SZ、HAZ组织分别细化10.9%、35.6%。     

采用搅拌摩擦焊方法制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织分析

利用金相、EDS、XRD及TEM试验等对采用源于搅拌摩擦焊方法的搅拌摩擦加工技术制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织结构进行试验分析.结果表明,非晶增强体与基体5A06铝合金经过搅拌摩擦加工过程充分的搅拌作用,获得了层状混和组织结构.复合材料中存在大量的90~400 nm纳米级组织,主要由-αA l与-αA l非晶组织构成.纳米级组织的存在有助于复合材料性能的提高,而非晶结构的存在表明非晶增强体在搅拌摩擦加工过程中并未完全晶化.     

搅拌摩擦加工对WE43合金组织与性能的影响

采用搅拌摩擦加工工艺制备了WE43稀土镁合金,研究了旋转速度和行走速度对WE43合金显微组织和力学性能的影响,探讨了组织转变规律及其作用机理。结果表明,搅拌摩擦加工处理的WE43合金主要由α-Mg、Mg24Y5和Mg41Nd5相组成;WE43合金的最佳搅拌摩擦加工工艺为旋转速度800 r/min、行走速度600 mm/min;搅拌摩擦加工可以起到细化晶粒、破碎粗大第二相和提高合金强塑性的作用,其强化机制主要为：固溶强化、细晶强化和第二相强化。     

Multi-objective optimization of friction stir welding parameters using desirability approach to join Al/SiCp metal matrix composites

Silicon carbide particulate (SiC_p) reinforced cast aluminium (Al) based metal matrix composites (MMCs) have gained wide acceptance in the fabrication of light weight structures requiring high specific strength, high temperature capability and good wear resistance. Friction stir welding (FSW) process parameters play major role in deciding the performance of welded joints. The ultimate tensile strength, notch tensile strength and weld nugget hardness of friction stir butt welded joints of cast Al/SiC_p MMCs (AA6061 with 20% (volume fraction) of SiC_p) were investigated. The relationships between the FSW process parameters (rotational speed, welding speed and axial force) and the responses (ultimate tensile strength, notch tensile strength and weld nugget hardness) were established. The optimal welding parameters to maximize the mechanical properties were identified by using desirability approach. From this investigation, it is found that the joints fabricated with the tool rotational speed of 1370 r/min, welding speed of 88.9 mm/min, and axial force of 9.6 kN yield the maximum ultimate tensile strength, notch tensile strength and hardness of 265 MPa, 201 MPa and HV114, respectively.     

Fabrication and characterization of cast magnesium matrix composites by vacuum stir casting process

A vacuum stir casting process is developed to produce SiC_p reinforced cast magnesium matrix composites. This process can eliminate the entrapment of external gas onto melt and oxidation of magnesium during stirring synthesis. Two composites with Mg-Al9Zn and Mg-Zn5Zr alloys as matrices and 15 vol.% SiC particles as reinforcement are obtained. The microstructure and mechanical properties of the composites and the unreinforced alloys in as-cast and heat treatment conditions are analyzed and evaluated. In 15 vol.% SiC_p reinforced Mg-Al9Zn alloy-based composite (Mg-Al9Zn/15SiC_p), SiC particles distribute homogenously in the matrix and are well bonded with magnesium. In 15 vol.% SiC_p reinforced Mg-Zn5Zr alloy-based composite (Mg-Zn5Zr/15SiC_p), some agglomerations of SiC particles can be seen in the microstructure. In the same stirring process conditions, SiC reinforcement is more easily wetted by magnesium in the Mg-Al9Zn melt than in the Mg-Zn5Zr melt. The significant improvement in yield strength and elastic modulus for two composites has been achieved, especially for the Mg-Al9Zn/15SiC_p composite in which yield strength and elastic modulus increase 112 and 33%, respectively, over the unreinforced alloy, and increase 24 and 21%, respectively, for the Mg-Zn5Zr/15SiC_p composite. The strain-hardening behaviors of the two composites and their matrix alloys were analyzed based on the microstructure characteristics of the materials.