搅拌摩擦加工对活塞用铸铝微观组织的影响.pdf

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1、第33卷第3期航空材料学报Vo1．33．NO．32013年6月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSJune2013搅拌摩擦加工对活塞用铸铝微观组织的影响李敬勇，卓炎(江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室，江苏镇江212003)摘要：探索搅拌摩擦加工对活塞用铸造铝合金组织及性能的影响，研究了搅拌摩擦加工参数的影响规律。搅拌摩擦加工可明显细化铸造铝合金表面的组织，使粗大的铸态组织转变为细小均匀的等轴晶。搅拌摩擦加1二参数选择不当，会使各加工区域的晶粒长大。通过对搅拌区组织的显微硬度测试，发现搅拌摩擦加工可以显著提高铸铝合金硬度，达

2、到改善其表面性能的作用。关键词：搅拌摩擦加工；铸铝合金；组织；显微硬度doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2013．3．011中图分类号：U671．83文献标识码：A文章编号：1005—5053(2013)03-0058-061999年，自美国密苏里大学的RSMISHIRA将部缺陷、材料结构改性、细晶超塑性材料制搅拌摩擦焊应用于7075铝合金搅拌摩擦超塑性处备'"和金属基复合材料制备'”等方面具有理实验，并由此提出了搅拌摩擦加工(FrictionStir广阔的应用前景。Processing，简称FSP)的新型材料改性与制备新技活塞

3、位于发动机的心脏，其工作质量的优劣直术。接影响发动机的性能。随着内燃发动机生产向高速搅拌摩擦加工技术是一种基于搅拌摩擦焊思想度、低能耗方向发展，采用密度较小的铝合金，可以的热机械处理技术，其通过搅拌头高速旋转，与加工大大降低活塞的重量及往复运动的惯性力，因此，区材料摩擦产生摩擦热，使其达到热塑化软化状态，中、小缸径的中、高速内燃机已逐渐采用铸铝活塞。同时，在轴肩和搅拌针的联合机械作用下，加工区材作为往复运动摩擦副之一的活塞，降低其磨损是提料产生剧烈的塑性变形、流动转移和机械破碎高效率、延长寿命的重要途径。作者试图应用搅拌等，实现微观结构的致密化、均匀化

4、和细化，从而摩擦加工技术对铸铝活塞进行表面改性处理，以提提高合金的力学性能和延展性，甚至取得超塑高其表面硬度和耐磨性。本工作重点探索了搅拌摩性。擦加工技术对铸铝微观组织的影响。搅拌摩擦表面改性技术继承搅拌摩擦焊优异的特性和独特的优点，已成为搅拌摩擦技术和表面工1实验过程与方法程技术新的发展方向之一’。搅拌摩擦表面改性技术可以显著细化材料表层组织，形成具有梯度结1．1实验材料构和无界面的表面改性层和颗粒增强复合表层(通实验采用共晶型Al—Si—Cu—Mg系铸造铝合金过塑性流动嵌入陶瓷颗粒等)，进而显著提高铝、ZL109。该合金为常用的铝合金活塞材料，主要

5、用镁、钛轻合金和钢表面的硬度和耐磨性以及材料的于铸造汽车、拖拉机发动机活塞和其他在250℃以整体强度和塑、韧性。搅拌摩擦加工技术独特而显下工作的零件。ZL109线膨胀系数低，耐热性好，可著的优势使得其在表面晶粒细化、块状材料晶粒热处理强化，具有较高的室温和高温力学性能，铸造细化、耐磨表面复合材料制备、消除铝铸件内工艺性能优良，无热裂倾向，气密性高，线收缩小，但有较大的吸气倾向，切削加工性较差、且需变质处理。ZL109合金化学成分如表1所示。试件是从直收稿日期：2012-03．09；修订日期：2013-03—12径分别为~129mm和q588mm圆柱形活

6、塞铸件上切基金项目：江苏高校优势学科建设_丁程资助(PDAD)割的圆形试板，试板厚度为6．5mm。作者简介：李敬勇(1963一)，男，博士，教授，主要从事搅拌摩擦焊工艺研究，(E-mail)jingyong—li@126．COB。第3期搅拌摩擦加工对活塞用铸铝微观组织的影响591．2实验过程4)12mm，无搅拌针。搅拌摩擦加工试验在Fsw2_4cx_006搅拌摩擦实验前，对工件表面进行机械清理，然后，将工焊机上进行。搅拌头材料为H13热作模具钢。采件用压板紧压于工作台上，以防止工件在加工过程用的搅拌头主要有两种形式：(1)搅拌头1：轴肩摩中移动，并保持

7、工件与搅拌头轴线呈垂直状态。表擦面为双圆环，轴肩直径~bl2mm，搅拌针形状为带2列出所采用的实验工艺参数。加工处理后，对搅螺纹的圆台型，搅拌针直径3～6mm，长度5．2mm；拌摩擦加工区域进行x射线无损检测，未发现加工(2)搅拌头2：轴肩形式为渐开线，轴肩直径缺陷。表2搅拌摩擦处理试验工艺参数Table2Parametersoffractionstirprocessing沿加工区域横断面截取金相试样，金相试样抛2．2微观组织分析光后采用氢氟酸水溶液腐蚀后，在HAL1000型金2．2．1搅拌区域微观组织分布相显微镜下观察各区域显微组织，用MH一5型数显

8、ZL109合金的母材是由Al基体和si离异共晶显微维氏硬度计定点测定试样截面组织的显微硬组织组