搅拌摩擦加工对3003铝合金铸轧带组织和力学性能的影响.pdf

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1、第8卷第2期材料研究与应用Vo1．8。NO．22014年6月MATERIALSRESEARCHANDAPPLICAT10NJun．2014文章编号：1673—9981(2014)02—0092-05搅拌摩擦加工对3003铝合金铸轧带组织和力学性能的影响*袁潜，袁鸽成，张普，秦典成，邓南林，骆志捷广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006摘要：采用搅拌摩擦加工方法对3003铝合金铸轧带材进行加工，借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、拉伸试验机、显微硬度仪和取向成像分析软件(OIM)，分别对加工区及母材的显微组织与力学性能进行了研究．结果表明：该合金经

2、搅拌摩擦加工后，搅拌区晶粒发生动态再结晶并且等轴细化，平均晶粒尺寸由母材的35．58btm减小至3．05m；相比于母材，搅拌摩擦加工后带材的抗拉强度、平均硬度、延伸率均有所降低，分别为117．68MPa，37．82MPa，12．53；加工区硬度沿横向呈“w”型不均匀分布，并且从加工区底部到上部依次升高．关键词：搅拌摩擦加工；3003铸轧铝合金；显微组织；力学性能中图分类号：TG457．14文献标识码：A搅拌摩擦加工(Frictionstirprocessing，简称FSP)是基于搅拌摩擦焊接而改进的一种可实现组1试验材料与方法织细化、致密化、均匀化的剧塑性变形技术_】]，已经在铝、镁及其复合材

3、料的表面加工方面得到应用，具选用3003铸轧铝板作为母材，其尺寸为250有广阔的应用前景．3003铝合金以其良好的成形mm×160mm×3．9mm．在小型搅拌摩擦焊机上沿性、抗蚀性、可焊性和中等强度[3]，广泛应用于花纹着板材铸轧方向对3003铸轧铝板试样进行FSP处板、铝塑复合板等领域．近年来，已有许多学者对铝、理，搅拌头轴肩直径22mm，搅拌针长3．4mm、直镁等合金的FSP工艺进行了一系列研究[4_6]，分析径6mm．加工工艺参数为：加工速率118mm／min，了加工参数等对显微组织演变的影响，并对经FSP转速950r／min，倾角3。，下压量0．5mm．对经FSP处理获得细晶的合金材料

4、进行了多种性能测试．然处理的试样切取拉伸试样和金相试样若干，其中拉而，研究者们对FSP过程中的组织演变以及材料力伸试样沿着垂直铸轧方向取样，尺寸如图1所示．学性能的变化仍然未达到统一的认识，对铝合金在万能拉伸试验机上进行拉伸试验，用扫描电FSP各区的组织演变及性能的研究仍有待深入[7]．镜对拉伸试样的断口形貌进行扫描分析．金相试样本文选取3003铝合金铸轧带材进行了FSP试验，经粗、精磨和机械抛光后在高氯酸乙醇溶液中进行研究了铝带经FSP后的显微组织和力学性能，分析电解抛光，然后在光学显微镜下观察显微组织；用带了FSP对搅拌区晶粒细化的影响．有EDAX探头的FEI—Sirion200场发射扫描

5、电子显微镜对金相试样进行电子背散射衍射(EBSD)．用HVS-lO0O硬度仪对试样加工区横截面的上部、中部和下部的显微硬度进行测量，分析试样硬度在横收稿日期：2013-12-02*基金项目：广东省重大科技专项(2008A090300004)；广东省教育厅211工程学科建设项目(412110903)作者简介：袁潜(1986一)，男，湖南永州人，硕士研究生．第8卷第2期袁潜，等：搅拌摩擦加工对3003铝合金铸轧带组织和力学性能的影响95图6为母材和FSP试样经拉伸后的断口形貌．从图6可看出，母材和FSP试样都是延性断裂．母3结论材晶粒内韧窝较大且深，穿晶断裂明显，韧窝中可观察到第二相粒子，韧窝坑有

6、沿剪切方向拉长的趋势；(1)3003铝合金经搅拌摩擦加工后，加工区形相比之下，经FSP的试样的韧窝较浅，韧窝坑的边成了典型的“洋葱环”组织，搅拌区晶粒发生动态再缘有明显的环状条纹的位错滑移线，说明经FSP后结晶并且明显细化，平均晶粒尺寸由母材的35．58晶粒变形应力是正向拉伸应力．m减小至3．05ITI，并且搅拌区晶粒较母材分布均匀．2．3硬度分布特征(2)相比于母材，搅拌摩擦加工后3003铸轧铝图7为经FSP后铝合金加工区横向硬度的分合金带材的抗拉强度、硬度、延伸率均有所降低，分布图．由图7可见，加工区显微硬度的总体分布趋势别为117．68MPa，37．82MPa，12．53；加工区横截为搅

7、拌区较低，且在后退侧处即在距离中心位置7面沿着宽度方向的硬度分布呈“W”型不均匀分布，mm处硬度达最低值3O．1MPa，加工区平均硬度为并且硬度从底部到上部依次升高．37．82MPa．截面上部和底部的硬度波动较大，并且(3)在搅拌摩擦加工过程中，热一力场的不均底部的显微硬度较上部和中部低，这与搅拌摩擦加匀性是各区组织与硬度不均匀的根本原因，金属高工过程中的热一力场分布不均匀有关．温变形所引起的动态