加工参数对搅拌摩擦加工AZ31镁合金组织和力学性能的影响

　　搅拌摩擦加工(FrictionStirProcessing，FSP)是一种新型的SPD技术，其原理与FSW相同，只是加工的对象不是待焊工件面而是一个整体板材。在FSP过程中，材料在较大的应变速率下获得剧烈塑性变形，从而通过动态再结晶获得细晶组织。以往的研究对AZ31镁合金FSP过程中的组织转变比较多，而对搅拌区再结晶细晶材料的力学性能，特别是拉伸力学性能的认识仍有待深入。本文对4mm厚AZ31镁合金板材进行FSP试验，分析了加工参数对再结晶晶粒尺寸的影响，并对比了不同晶粒尺寸搅拌区材料的显微硬度和拉伸力学性能。
　　实验材料为轧制的AZ31镁合金板材，其成分(质量分数，%)为：2.57Al，0.84Zn，0.32Mn，0.03Si，0.003Cu，0.006Fe。试板尺寸200mm×130mm×4mm。FSP在国产FSW-RT31-003型搅拌摩擦焊机上进行。采用带有螺纹的锥形搅拌针，其根部直径3mm，长3mm。搅拌头的轴肩直径12mm，轴肩圆台内凹。加工速度为100mm/min，主轴旋转速度为500～1500r/min。加工方向平行于板材的轧制方向，保持搅拌头与焊机主轴的倾角为2°。
　　AZ31镁合金板材经过FSP后得到了细小均匀的等轴晶，平均晶粒尺寸随着主轴旋转速度的增加而增大。当主轴转速为500r/min时，晶粒尺寸最小，为2.2μm。与母材相比，搅拌区细晶材料的显微硬度得到提高，平均晶粒尺寸越大，显微硬度值越低。搅拌区细晶材料的抗拉强度均低于母材，但伸长率得到提高。主轴转速为500r/min时搅拌区材料有孔洞产生，孔洞是造成该试样抗拉强度和伸长率均较低的主要原因。