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中钢网新闻中心钢市纵横行业技术搅拌摩擦加工铸态铝铁合金组织和性能研究

搅拌摩擦加工铸态铝铁合金组织和性能研究

分享打印 2015-01-08 13:08 编辑:薇薇     来源: 行业技术     字体: [大][中][小]    

   搅拌摩擦加工(FSP)是在搅拌摩擦焊接(FSW)基础上发展起来的一种新型有效的加工技术,可用于材料微观组织改性和新型材料制备。加工过程中,利用高速旋转搅拌头的搅拌和摩擦作用,使加工区材料混合破碎,并发生剧烈塑性变形和热机循环作用,实现微观结构的细化、致密化和均匀化。FSP可破碎粗大枝晶组织和第二相,溶解沉淀相,消除铸态缺陷,显著改善金属材料的性能。铝铁合金具有质轻、耐热性好和抗腐蚀等诸多优良性能,在航天航空领域有着广泛的应用前景。普通熔铸铝铁合金中,铁在铝中的固溶度很低,主要生成Al3Fe等金属间化合物。Al3Fe呈针状或片状,严重割裂基体,成为应力集中源,显著降低铝铁合金的力学性能。控制和改善含铁相的形态、大小和分布,能使铝铁合金成为实用的结构材料,提高合金性能和实际应用价值。因此,寻求有效的加工细化方法成为解决问题的关键。目前采用高压扭转和等径弯曲等强塑性变形方法能显著细化组织和Al3Fe金属间化合物,增加铁原子在铝基体中的固溶度,提高该合金的力学性能。不过这些方法加工工序复杂,而且得到的试样尺寸较小,因而在实际应用中受到限制。FSP能有效的细化合金组织,适合连续加工制备大面积的块状材料,是一种很有潜力的材料细化方法。因此,本文采用FSP对普通熔铸方法制备出的铝铁合金进行3道次往复加工,研究3道次加工后铝铁合金组织和性能的变化。

实验用99.9%工业纯铝和Al-20Fe中间合金为原材料,配制含铁3%(质量分数)的Al-3%Fe合金。合金在箱式电阻炉中用石墨坩埚熔炼,经除气和精炼后,于820℃在铜模中浇注成100mm×80mm×5mm板坯试样。FSP实验在改造的X5032型立式升降台铣床上进行。搅拌头材料为W18Cr4V,轴肩直径为16mm,搅拌针直径为5mm,高度为3.8mm。搅拌头旋转速度为1180r/min,焊接速度为47.5mm/min。对铸态合金进行3道次往复FSP
合金铸态组织存在大量针状Al3Fe相,尺寸约为2050μm。经搅拌摩擦加工后,针状Al3Fe相被破碎成长度小于1μm的粒状,弥散均匀分布在铝基体中。铸态组织转变为低位错密度的再结晶晶粒,基体中存在细小的含铁亚稳相。搅拌摩擦加工后,加工区的显微硬度较铸态区降低,但分布较均匀。加工区合金的抗拉强度稍微下降,延伸率显著增大。搅拌摩擦加工前后,合金拉伸断口呈现出微孔聚合韧性断裂特征。加工前,韧窝呈抛物线状的撕裂韧窝,韧窝尺寸较小而且较浅,而加工后的韧窝形貌呈等轴状。(榕霖)
 

 

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