水下攪拌摩擦加工對AZ91鎂合金組織和力學性能的影響

柴 方， 張大童， 張 文， 邱 誠

(華南理工大學國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心，廣州510640)

由于大多數(shù)鎂合金為密排六方晶體結構，塑性相對較差，故鎂合金的成形加工與工業(yè)應用均受到一定的限制。晶粒細化作為提高鎂合金綜合性能的有效手段之一，其研究受到了廣泛關注。通過細化晶粒，不僅可以提高鎂合金的強度，還能改善其塑性與韌性。研究表明，在鎂合金加工過程中劇塑性變形(Severe plastic deformation，SPD)可以引入極大的變形量，具有顯著的晶粒細化效果［1，2］。代表性的劇塑性變形技術有等通道角擠壓(Equal channel angular pressing，ECAP)、高壓扭轉(High pressure torsion，HPT)、累積疊軋焊(Accumulative roll bonding，ARB)和攪拌摩擦加工(Friction stir processing，F(xiàn)SP)等，這些工藝不僅可以使材料獲得高強度、高韌性和高塑性，甚至還可以獲得優(yōu)異的超塑性［3］。FSP技術以加工工序少、制造成本低、綠色環(huán)保和顯著的晶粒細化效果等優(yōu)勢而受到研究者的高度重視［4，5］，它作為一種新型的SPD技術，是Mishra等人在攪拌摩擦焊(Friction stir welding，F(xiàn)SW)［6］基礎上提出的一種新型固態(tài)加工技術［7］。對于鎂合金的研究，攪拌摩擦加工技術主要集中在AZ系和ZK系細晶的制備、晶粒細化的機制和細晶性能等。目前，國內(nèi)外在攪拌摩擦加工AZ91鎂合金的研究方面已經(jīng)取得了一定的進展［8～11］，Cavaliere等［9］利用攪拌摩擦加工技術獲得了晶粒尺寸為4μm的AZ91鎂合金，該材料具有良好的超塑性。盡管如此，由于在攪拌摩擦加工過程中軸肩和攪拌頭會產(chǎn)生熱積累，攪拌區(qū)發(fā)生動態(tài)再結晶晶粒長大，從而影響細晶材料的形成。Mishra等［7］指出:若在合金加工過程中采用某種冷卻手段，可以在一定程度上抑制晶粒長大，提高材料的強度和塑性。……