攪拌摩擦加工對Mg-Gd-Zn-Zr合金的長周期結(jié)構(gòu)和力學性能的影響.pdf

1、本文選用含長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(Long Period Stacking Ordered, LPSO)的Mg-Gd-Zn-Zr合金為研究對象,采用一種新的加工方法——攪拌摩擦加工(FSP),對三種不同狀態(tài)的Mg-Gd-Zn-Zr合金進行了FSP處理。
　　研究結(jié)果表明,對于鑄態(tài)Mg-Gd-Zn-Zr合金,不同的FSP參數(shù)可以得到不同的加工質(zhì)量。當攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為600rpm時,進給速度越大,“條蟲狀”加工缺陷的尺寸越小,進給速度為

2、180 mm/min時可以獲得無加工缺陷的組織。對參數(shù)600rpm-180mm/min下FSP處理后的組織進行分析后發(fā)現(xiàn),FSP可以有效地細化晶粒,晶粒尺寸從鑄態(tài)的54μm減小到大約4μm,力學性能顯著提高。但是FSP加工后獲得了不均勻的組織,主要分為軸肩作用區(qū)和攪拌針作用區(qū)。其中軸肩作用區(qū)晶粒尺寸較大,屈服強度較低,但延伸率較大;而攪拌針作用區(qū)則晶粒尺寸較小,屈服前度較高,但延伸率較低。此外,兩個區(qū)域的晶粒取向也有所差異。軸肩作用區(qū)的

3、織構(gòu)較強,晶粒取向大部分與拉伸方向呈一定角度;而攪拌針作用區(qū)的織構(gòu)較弱,晶粒C軸大部分近似于垂直于上表面;而攪拌針作用區(qū)的織構(gòu)較弱,晶粒C軸主要垂直于攪拌針表面,但是分析其斯密特因子卻發(fā)現(xiàn)當擠壓方向平行于ND,沿{0001}<11-20>滑移方向的斯密特因子相差不大。LPSO在晶粒內(nèi)部主要以兩種狀態(tài)存在,一種完全貫穿于晶粒,另一種只在晶界周圍形成。因此,對于含LPSO結(jié)構(gòu)的晶粒來說,再結(jié)晶可能以兩種方式進行,第一種方式是再結(jié)晶小晶粒在不

4、含/含很少的LPSO地方形核,然后在小晶粒長大的過程中 LPSO逐步消失,直到再結(jié)晶完全;另外一種方式則是在含LPSO結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)形成扭折帶,在扭折帶的邊界形核,然后長大。通過分析其再結(jié)晶行為,可以發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)層片狀LPSO結(jié)構(gòu)對再結(jié)晶有阻礙作用。
　　FSP作用于擠壓態(tài)Mg-Gd-Zn-Zr合金后的結(jié)果表明,和擠壓態(tài)組織相比,晶粒尺寸進一步細化,由之前的23μm變成1-2μm;X相明顯破碎,且在焊核區(qū)分布均勻。和擠壓態(tài)相比,FSP處

5、理后力學性能明顯提高。此外,不同的FSP參數(shù)可以獲得不同的加工質(zhì)量。固定進給速度,隨著轉(zhuǎn)速的增加隧道缺陷的尺寸逐漸減少;固定旋轉(zhuǎn)速度,隨著進給速度的增加隧道缺陷的尺寸越來越小;固定轉(zhuǎn)速和進給速度,加工道次越大,組織越均勻,晶粒越細小。
　　FSP作用于固溶態(tài)Mg-Gd-Zn-Zr合金,晶界粗大的X相明顯被攪拌針破碎。由于焊核區(qū)局部溫度較高、應變較大,大量X相轉(zhuǎn)變成了細小的顆粒狀第二相,且第二相在攪拌針的攪拌下彌散地分布于SZ區(qū)。實