Al-12.7Si-0.7Mg合金搅拌摩擦加工的组织及性能

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作为一种新型含镁高硅变形铝合金,Al-12.7Si-0.7Mg合金挤压型材除了具有传统高硅铝合金独有的高耐磨、高耐腐蚀、低热膨胀系数等性能外,与目前广泛应用的6063合金相比,还具有更加优良的力学性能及低成本等特点,因而其作为结构材料具有广阔的市场前景。搅拌摩擦加工(Friction stir processing, FSP)是由搅拌摩擦焊技术(Friction stir welding, FSW)演变而来的一种用于材料改性和制备复合材料的工艺。通过搅拌摩擦产生的热和塑性变形来细化晶粒,可均匀化微观组织,从而大幅提高合金的力学性能。本文采用搅拌摩擦加工(FSP)方法对3mm厚度Al-12.7Si-0.7Mg合金挤压型材进行焊接,焊接速度为800mm/min,搅拌头旋转速度分别为800rpm和1600rpm。利用OM、SEM、 SEM-EBSD、TEM等微观组织分析手段,研究了两组参数下焊接所得接头的组织演变规律;通过显微硬度测量和室温拉伸试验,研究了焊接接头的力学性能。对(800mm/min, 1600rpm)接头进行T6(540℃×1.5h+180℃×3h)处理,研究了焊后热处理对接头组织与力学性能的影响,分析了接头的强化机理。主要研究结果如下:1.在(800mm/min,1600rpm)参数下得到了表面与内部质量良好的接头;在(800mm/min, 800rpm)参数下接头内部发现不连续隧道型缺陷,这主要是焊接过程中热输入不足造成的。2.通过观察接头横断面显微组织发现,与接头其他区域相比,搅拌区上部的Si颗粒有变大、变细长的趋势,且Si颗粒长度方向具有一定的方向性;搅拌区中部和下部以及前进侧与后退侧热机影响区的Si颗粒尺寸相差不大,与母材相比略有增加;接头T6处理后,各区域Si颗粒明显长大。3.经FSP处理后,搅拌区发生了动态再结晶,基体晶粒得到细化,且(800mm/min, 800rpm)接头的搅拌区晶粒尺寸较(800mm/min,1600rpm)接头细小;(800mm/min, 800rpm)接头的搅拌区上部再结晶程度最高,(800mm/min,1600rpm)接头的搅拌区不同部位再结晶程度相近,上部略高。4.与(800mm/min,800rpm)接头相比,(800mm/min,1600rpm)接头搅拌区(SZ)硬度较高,热影响区(HAZ)硬度相差不大;经T6处理后,(800mm/min,1600rpm)接头各区域显微硬度明显提升且波动较小,接头力学性能显著提高,其抗拉强度达到母材T6状态下的87%以上,较热处理前接头提高了82%。
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