攪拌摩擦加工制備細晶5083鋁合金及其超塑性性能研究.pdf

1、攪拌摩擦加工可以細化材料的晶粒，提高材料的力學性能，塑性也會有明顯的增加。本文首先開展單道次攪拌摩擦加工實驗，采用正交試驗法選取最具代表性的攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、進給速度、軸肩下壓量工藝參數(shù)組，對5mm厚的5083鋁合金進行攪拌摩擦加工。對加工試樣進行拉伸試驗、金相試驗、硬度試驗和斷口分析，研究各參數(shù)下攪拌區(qū)域的組織和性能情況，得到最優(yōu)的攪拌摩擦加工工藝參數(shù)。然后使用得到的工藝參數(shù)對5083鋁合金進行多道次攪拌摩擦加工。多道次攪拌摩擦加工將研

2、究最優(yōu)的攪拌頭平移距離，從而制備大面積晶粒細化的5083鋁合金材料;研究溫度、攪拌頭形狀對材料晶粒尺寸的影響并嘗試了用板材堆疊的方法來制備大厚度的細晶材料。對多道次攪拌摩擦加工得到的大面積細晶5083鋁合金進行高溫拉伸試驗，研究其細晶超塑性性能。使用ABAQUS有限元軟件分別模擬超塑性板材和普通板材的擠壓、沖壓成形。本論文的具體研究結(jié)果如下:
　　(1)獲得了單道次加工的最優(yōu)工藝參數(shù)。當攪拌頭轉(zhuǎn)速為1300r/min、進給速度為4

3、00mm/min、下壓量為0.3mm時，經(jīng)過加工的試樣表面無宏觀缺陷。試樣的抗拉強度為214MPa，達到母材的93.05％;屈服強度為112.4MPa;斷后延伸率為18.37％。5083鋁合金材料在經(jīng)過攪拌摩擦加工后，攪拌區(qū)域的晶粒被打碎，由原本沿軋制方向被拉長的粗大晶粒變成細小的等軸晶粒。攪拌摩擦加工后攪拌區(qū)域的硬度小于母材區(qū)，出現(xiàn)一段尺寸與攪拌針尺寸基本吻合的軟化區(qū)。
　　(2)多道次攪拌摩擦加工方面。最優(yōu)道次間隔與攪拌針端部

4、直徑相同。因攪拌頭軸肩與板材的接觸面積要比攪拌針表面積大，摩擦產(chǎn)生的熱量也較多，從而導致上部區(qū)域的晶粒在高溫下長大，尺寸大于下部區(qū)域。在攪拌摩擦加工過程中進行加水冷卻可以降低上部區(qū)域的溫度，從而減小上部區(qū)域的晶粒尺寸。相比于圓錐形攪拌頭，在使用圓柱形攪拌頭進行加工時，晶粒更加粗大，不利于細晶材料的制備。使用堆疊多道次攪拌摩擦加工的方法，可以制備大厚度晶粒細化的5083鋁合金材料。
　　(3)超塑性成形方面。高溫拉伸試驗表明:在應(yīng)變