搅拌摩擦裂纹修复过程热塑性材料流动分析

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1、文章编号:２０９５－１２４８(２０１７)０２－００４４－０５搅拌摩擦裂纹修复过程热塑性材料流动分析ａꎬｂａꎬｂａꎬｂｂ王磊ꎬ许良ꎬ马少华ꎬ周松(沈阳航空航天大学ａ?机电工程学院ꎬｂ?航空制造工艺数字化国防重点学科实验室ꎬ沈阳１１０１３６)摘要:针对预制裂纹的２Ａ１２铝合金板ꎬ采用搅拌摩擦的方法对裂纹进行修复ꎬ研究了修复过程热塑性材料的流场分布及修复区微观组织ꎮ结果表明ꎬ由于搅拌头的摩擦与搅拌作用ꎬ导致热塑性材料对裂纹间隙进行填补ꎬ经动态再结晶后使裂纹得到修复ꎮ热塑性材料总体流动趋势为漩涡状ꎬ修复区前进侧和返回侧的热塑性材料呈

2、非对称流动ꎮ修复件从表面开始向下依次分布修复核心区、热机影响区、热影响区和母材ꎬ不同区域由于经历不同的热循环和搅拌头机械作用ꎬ导致显微组织的显著差异ꎮ关键词:搅拌摩擦修复ꎻ裂纹ꎻ铝合金ꎻ流场ꎻ微观组织中图分类号:ＴＧ１４６文献标志码:Ａｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－１２４８.２０１７.０２.００８ＦｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｄｕｒｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｃｒａｃｋｒｅｐａｉｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａꎬｂａꎬｂａꎬｂｂＷＡＮＧＬｅｉꎬＸＵＬｉａｎｇ

3、ꎬＭＡＳｈａｏ￣ｈｕａꎬＺＨＯＵＳｏｎｇ(ａ?ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬｂ?ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｆｏｒＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＤｉｇｉｔａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓꎬＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｒｅｐａｉｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐ

4、ｅｒｔｏｒｅｐａｉｒｐｒｅ￣ｃｒａｃｋｅｄ２Ａ１２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌ￣ｌｏｙｐｌａｔｅｓꎬａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｒｅｐａｉｒｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅａｎａ￣ｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｃｏｕｌｄｆｉｌｌｕｐｔｈｅｃｒａｃｋｇａｐｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄ￣ｓｔｉｒｒｉｎｇａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｅｐａｉｒｉｎｇｔｏｏｌꎬａｎｄｆｉｎａ

5、ｌｌｙｈｅａｌｅｄｔｈｅｃｒａｃｋｔｈｒｏｕｇｈｄｙｎａｍｉｃｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｌｉｋｅａｖｏｒｔｅｘａｎｄａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｉｎａｄｖａｎｃｉｎｇａｎｄｒｅｔｒｅａｔｉｎｇｓｉｄｅｓ.Ｔｈｅｒｅ￣ｐａｉｒｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｃｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｒｅｐａｉｒｉｎｇｃｏｒｅｚｏｎｅꎬｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅꎬｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅａｎｄｂａｓｅｍａｔｅｒｉａｌꎬａｎｄｔｈ

6、ｅｓｅｚｏｎｅｓｅｘｈｉｂｉｔｅｄｒｅｍａｒｋａｂｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｃｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｒｅｐａｉｒｉｎｇｔｏｏｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｒｅｐａｉｒｉｎｇꎻｃｒａｃｋꎻａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙꎻｆｌｏｗｆｉｅｌｄꎻｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ[５－７]机械产品的寿命与可靠性是我国装备制造业导致断裂ꎬ严重影响结构的可靠性与安全性ꎮ[１－４]亟需解决的问题ꎬ而材料或结构中

7、对寿命危金属材料一旦出现宏观尺度的裂纹ꎬ往往是害最大的损伤或缺陷是裂纹ꎬ裂纹往往具有多发无法自动修复的ꎮ传统的力学与材料学理论认为性、突发性和重复性ꎬ并能在载荷作用下逐步扩展金属的断裂是一个不可逆的热力学过程ꎬ但在某收稿日期:２０１６－１２－２９基金项目:国家自然科学基金(项目编号:５１４０５３０９)ꎻ辽宁省自然科学基金(项目编号:２０１５０２０１８３)作者简介:王磊(１９８１－)ꎬ男ꎬ江苏徐州人ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要研究方向:航空材料与结构强度ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｅｉｗａｎｇ＠ｓａｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ第２期王磊ꎬ等:搅拌摩擦裂纹

8、修复过程热塑性材料流动分析４５种外加能量输入的前提下ꎬ有可能实现裂纹的愈对修复过程流场进行建模仿真ꎮ利用相同的修复合修复ꎬ这种现象早在２０世纪７０年代就被实验工具对多种颜色橡皮泥进行搅拌摩擦修复ꎬ模拟[８]所证实ꎬ而能量的形式可以是热、电、声、光或修复过程热塑性材料流动状态ꎬ最后采用光学显