焊后无针搅拌摩擦加工对FSLW焊缝拉剪强度的影响

采用搅拌摩擦搭接焊(FSLW)对奥氏体基球墨铸铁和低碳钢实施了焊接,并用无针搅拌头对焊缝进行搅拌摩擦加工。利用拉伸试验机、扫描电子显微镜和硬度仪研究了无针搅拌摩擦加工对焊缝拉剪强度、显微组织和硬度的影响。结果表明,无针搅拌摩擦加工可改善焊缝处石墨聚集现象,降低搅拌区上部马氏体含量,从而有效提高焊缝断裂载荷。随无针搅拌头转速提高,焊缝断裂载荷呈现增大趋势,搅拌头转速2100 r/min,进给速度50 mm/min时,试样断裂载荷最大,达到6400 N,为搅拌摩擦加工前的6倍多。     

搅拌头转速对2507双相不锈钢搅拌摩擦加工组织及性能的影响

通过对5 mm厚2507双相不锈钢进行搅拌摩擦加工,研究了在加工速率为100 mm/min时搅拌头转速对加工区域组织、力学性能和腐蚀性能的影响.结果表明,随着搅拌头转速的增大,搅拌区晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势.加工热循环和应力变形对加工区铁素体与奥氏体组织比例的变化影响不大,其铁素体含量仍保持在标准规范40％～60％之间.仅在搅拌头转速为200 r/min时,在加工区底部发现σ相析出.加工区显微硬度分布呈现"盆状",其硬度最高值出现在搅拌区前进侧的底部,对应搅拌区晶粒尺寸最细小处.随着搅拌头转速的增加,搅拌区纵向拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,而塑性则呈现先减小后增大的趋势.搅拌头转速为400 r/min时,搅拌区具有最优腐蚀性能.     

搅拌摩擦加工制备镁合金表面复合层的显微组织和力学性能

选用轧态AZ31镁合金为基体、C60颗粒为增强相,采用搅拌摩擦加工技术(FSP)制备镁合金表面复合材料,搅拌针头旋转速度为600 r·min~(-1),加工速度为118 mm·min~(-1),分别进行1～3道次FSP加工后,通过金相、透射、硬度和拉伸等测试,对搅拌加工区复合显微组织和力学性能进行表征分析。研究表明:FSP可使镁合金晶粒显著细化; C60加入后,在1～3道次FSP内,随着加工道次升高,C60分散程度上升,复合材料平均晶粒尺寸降低,材料硬度上升,抗拉强度上升,但弥散于晶间的团聚颗粒使其拉伸性能低于母材;添加C60后的试样中,2道次硬度有明显上升,最高硬度可达母材的1. 73倍,3道次试样硬度平均值最高。结果表明,可通过FSP制备镁基表面复合层强化材料。     

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%.     

焊接参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了板厚为6mm的AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺,并对接头的断裂机制进行了考查。在转速为1000r/min,焊接速度为60～300mm/min条件下获得表面平整,无缺陷的焊缝。与母材相比,搅拌区的晶粒得到明显细化。随焊接速度增加,搅拌区的晶粒尺寸减小。搅拌区的硬度高于其他区域。焊接速度为150mm/min时,接头拉伸强度最高,达到母材的92.7%。断裂多发生在热影响区,热影响区晶粒粗大且分布不均,显微硬度最低,是焊接接头的薄弱环节。     

搅拌摩擦焊工艺对AZ31合金组织性能的影响

研究了焊接速度、搅拌头转速对AZ31合金搅拌摩擦焊接头显微组织和力学性能的影响,分析了焊接工艺参数的作用机理。结果表明,焊接速度过低(250 mm/min)或者搅拌头转速过高(650、700 r/min),焊核区的条带区中都会产生孔洞缺陷。随着焊接速度的增加,焊核区和热影响区的晶粒尺寸都呈现逐渐减小的趋势,合金的抗拉强度和断后伸长率都表现为先升高后降低的趋势。随着搅拌头转速的增加,焊核区和热影响区的晶粒尺寸都呈现逐渐增加的趋势,合金的抗拉强度和断后伸长率呈现先增加后减小的趋势。AZ31合金适宜的搅拌摩擦焊工艺为焊接速度400 r/min、搅拌头转速550 r/min,此时搅拌摩擦焊接头的抗拉强度和断后伸长率分别为202 MPa和5.0%,断裂位置位于后退侧热影响区。     

焊接参数对AlCuLi合金搅拌摩擦焊接头微观结构和力学性能的影响

在不同的搅拌头转速及焊接速度下,对2 mm厚AlCuLi合金进行了搅拌摩擦焊接.结果表明,焊核区由细小等轴再结晶晶粒组成.随搅拌头转速增加,晶粒尺寸逐渐增加;随焊接速度增加,晶粒尺寸略有减小.TEM分析表明,焊核区的析出相大部分溶解,在随后的冷却过程中形成粗大的析出相,而在热影响区析出大量的粗大平衡相.在较低的焊接速度(80 mm/min)下,接头在热影响区的硬度最低点发生断裂,随搅拌头转速增加,接头强度逐渐升高,最高可达母材的87%,延伸率约为10%.而在较高的焊接速度(200 mm/min)下,搅拌头转速较低时,焊核区材料流动不充分,样品在焊核处发生断裂,强度较低,SEM分析表明,断口出现材料流动不充分导致的缺陷;随搅拌头转速增加,断口处缺陷明显减少,对强度影响不显著,接头强度可达母材的84%.     

高镁铝合金搅拌摩擦交叉焊接头微观组织与力学性能

为满足大型铝合金船舶壁板的制造需求,对新一代高镁铝合金进行了搅拌摩擦交叉焊接试验. 结果表明,交叉焊接头成形良好,搅拌区晶粒尺寸最小,热力影响区晶粒形态没有明显方向性,与单道搅拌摩擦焊相比,交叉焊接头搅拌区晶粒组织更细. 显微硬度测试结果表明,交叉焊接头显微硬度变化范围较小,前进侧接头软化明显;拉伸试验测试结果表明,交叉焊接头抗拉强度为340 MPa,为母材强度的87%,对比搅拌摩擦焊接头抗拉强度358 MPa略微降低,在热影响区断裂,断裂方式为45°韧性断裂;疲劳裂纹萌生于焊缝底部,在最大应力150 MPa下循环超2 × 106次未断裂,疲劳性能良好,瞬断区断裂方式为韧性断裂.     

水下搅拌摩擦加工纯铜及其合金的显微组织演变和摩擦性能（英文）

对工业纯铜(纯度99.8%)和铜锌合金(黄铜)进行水下搅拌摩擦加工。搅拌摩擦加工的刀具呈螺纹锥状,由碳化钨制成,其转速为1800 r/min,横移速度为4 mm/min,将试样浸泡在带循环系统的水箱中。为了评估加工次数对样品显微组织和力学性能的影响,进行6道次加工。采用光学显微镜对商业纯铜样品的显微组织进行研究,结果表明,加工后材料的晶粒尺寸明显减小。同时,样品横截面的硬度较母材增高。水下搅拌摩擦加工样品的X射线衍射谱与母金属的相比,其峰值更短、更宽,谱的背景增大,表明形成非晶/超细晶组织。采用针-盘法对试样的磨损行为进行研究,结果表明,与母材相比,加工后试样的摩擦因数降低。磨损和硬度试验结果表明,水下搅拌摩擦加工可显著提高工业纯铜和黄铜的耐磨性和硬度。     

搅拌头旋转速度对搅拌摩擦焊修复ZL210铸造铝合金表面的组织和性能的影响

试验采用搅拌摩擦焊对ZL210铸造铝合金表面进行修复,研究了搅拌头旋转速度对该合金表面修复质量的影响。结果表明,随着搅拌头旋转速度的增加,摩擦热输入加大,母材动态再结晶晶粒尺寸加大,表面出现飞边和毛刺现象严重,当搅拌头转速为1 100 r/min时,修复区域抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为324.8 N/mm~2和12.4%,是母材的92.25%和91.18%,修复中心区域平均显微硬度为92.5 HV,为母材显微硬度的80.43%,拉伸断口主要为尺寸不一的韧窝,呈现为韧性断裂。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响北大核心CSCD

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

AZ91D薄板搅拌摩擦焊

实现了厚度为2.2 mm铸造镁合金AZ91D薄板的搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊,分析了搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头成形的影响和接头组织变化,考察了搅拌摩擦焊接头的力学性能.在搅拌头旋转速度为1 380 r/min时得到了比较理想的焊接接头,而1 960 r/min的转速过大.接头不同区域所受的机械力和热量不同,显微组织明显不同.搅拌区晶粒细小,显微硬度和强度都有所提高.搅拌摩擦焊接头力学性能与热输入有关;与氩弧焊接头相比,搅拌摩擦焊接接头的性能更好.     

水下搅拌摩擦加工对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织和力学性能的影响

在空气及水介质中对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金进行搅拌摩擦加工(FSP),分析了加工区的组织形貌特征，并研究了加工过程中不同冷却介质对加工区组织性能的影响。结果表明，空气中和水下FSP试样的平均晶粒尺寸分别为4和2μm。在空气中及水下FSP过程中，试样的大角度晶界比例提高，织构显著弱化。温度曲线表明：空气中FSP试样的持续热输入时间和冷却速率分别为49 s和8.5℃·s^-1,水下FSP试样为23 s和30.7℃·s^-1。由于水下FSP试样热输入的减少对再结晶过程的影响，其试样组织中的亚结构比例高于空气中FSP试样。同时，水下FSP试样保留了更多均匀分布的LPSO相。空气中FSP试样的屈服强度和抗拉强度分别为213和315 MPa,水下FSP试样分别为334和393 MPa。此外，所有FSP试样无力学性能各向异性。     

压下量及时效对搅拌摩擦加工6061铝合金组织和力学性能的影响

对6061-T6铝合金板材进行搅拌摩擦加工,研究搅拌摩擦加工压下量和时效热处理对合金的宏观形貌、显微组织、显微硬度和拉伸强度的影响。结果表明:当搅拌头转速为1200 r/min,进给速度为90 mm/min,压下量为1 mm时,搅拌区由细小等轴晶组成,硬度约74 HV,抗拉强度达346 MPa,伸长率为24.7%;经过180℃时效处理后,搅拌区硬度达到107 HV,抗拉强度为397 MPa,伸长率为13.2%。断口形貌分析表明搅拌区拉伸断裂为韧性断裂。     

FSW中搅拌速度对非晶复合材料结构和硬度的影响

通过铜模吸铸法制备了尺寸为60mm×20mm×2.5mm的非晶复合材料板材。对非晶复合材料板材预热后,进行搅拌摩擦焊连接。在焊接速度为20mm/min和下压量为0.2mm的情况下,研究搅拌头旋转速度对非晶复合材料显微结构和显微硬度的影响。结果表明,非晶复合材料板材在焊接后,搅拌区晶化相尺寸比铸态有不同程度的减小。在搅拌头旋转速度低于1 000r/min时,转速越高,晶化相尺寸越小;在搅拌头旋转速度大于1 000r/min时,热作用加剧,晶化相开始粗化。显微硬度测试表明,焊接后试样搅拌区的硬度均比铸态低。其中,搅拌头旋转速度为1 000r/min时的硬度略高于800r/min时的硬度,而在1 200r/min时,硬度最低。     

热输入对搅拌摩擦焊AA3003-H18板材显微组织和力学性能的影响（英文）

通过优化焊接参数,采用搅拌摩擦焊对不可热处理强化A3003-H18合金进行焊接以获得合适的接头。通过改变转速(800~1200 r/min)和行进速度(40~100 mm/min)比(ω/υ),研究热输入对焊接样品显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着转速提高,热输入增加,晶粒增长速度大幅增加,而随着行进速度提高,热输入增加,但晶粒增长速度略有增加。与低转速相比,高转速会降低搅拌区的硬度。而不同焊接参数对接头的拉伸强度的影响不明显。在低行进速度时,拉伸样品的断裂位置在前进侧的热影响区(HAZ);而在高行进速度时,断裂位置在后退侧的HAZ/TMAZ界面。     

多次搅拌下TiN颗粒增强铝基复合层组织与性能

采用搅拌摩擦加工制备了TiN颗粒增强铝基复合材料,研究了搅拌次数对复合层晶粒尺寸、硬度、拉伸及磨损性能的影响。结果表明:搅拌加工时添加TiN颗粒可提高复合层的硬度、耐磨性。添加TiN颗粒的试样经4道次搅拌后,搅拌区最高硬度为136 HV,为同道次未加颗粒的1.12倍。未添加颗粒时复合层摩擦系数为0.5左右,添加颗粒时仅为0.3左右。经4道次加工后添加TiN颗粒的复合材料强度由未添加时的380.40 MPa下降到329.97 MPa。随搅拌次数的增加,搅拌区晶粒细化程度得以提高,TiN颗粒分布更加均匀,但搅拌次数对TiN颗粒增强铝基复合材料的强度和硬度影响不大。     

搅拌摩擦加工对汽车用2A50铝合金组织和耐磨性能的影响

对汽车用2A50铝合金试样进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)处理,分析其耐磨损性能和显微组织。结果表明,2A50铝合金经过FSP处理后,晶粒得到明显细化,耐磨损性能显著提高。当搅拌头旋转速度从600r/min逐步增大到1 800 r/min时,合金的晶粒先细化后粗化,耐磨损性能先提高后下降。与未进行FSP处理的相比,采用1 200 r/min旋转速度进行FSP处理后,2A50铝合金试样的磨损体积减小了32. 7%,耐磨损性能显著提高。     

搅拌摩擦增材成型过程仿真与显微性能预测

搅拌摩擦增材制造(FSAM)是一种新型固态增材技术。逐层重复搅拌摩擦成型,是FSAM的显著特点。在剧烈流动变形、热力耦合作用下,母材晶粒逐层破碎细化,形成新的再结晶组织,最终形成增材成型构件。以AZ31镁合金板件FSAM为研究对象,首先建立多层薄板增材成型的计算流体力学仿真模型,研究转速对材料流变、温度场、应变率的影响规律,并与实验测量值对比验证。其次计算增材区域镁合金材料热变形过程的Zener-Hollomon参数,利用经验公式法关联Z参数与增材区再结晶晶粒尺寸。最终,结合1000 r/min转速工况下的显微硬度实验测量结果,提出FSAM搅拌区再结晶组织显微硬度的快速预测算法。结果表明:随着增材板件层数增加,增材区平均晶粒尺寸减小,平均硬度值增大;随搅拌头转速的增大,增材区材料的应变率、再结晶晶粒尺寸都呈逐渐增大趋势,显微硬度呈下降趋势。