搅拌摩擦强剪切形变对6082铝合金板材织构与性能的影响

摘要

采用搅拌摩擦加工设备对6082铝合金板材进行不同倾角的搅拌摩擦加工(FSP)，借助光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、力学拉伸机等设备研究了不同倾角FSP对6082铝合金微观形貌特征以及轴肩作用区力学性能、成形性能的影响规律；利用X射线衍射法采集不同倾角下轴肩作用区的晶体取向数据并利用计算机软件进行分析，研究不同倾角下轴肩作用区的晶体取向演变规律；同时基于FSP过程材料的塑性流动模式探讨了FSP对轴肩作用区晶体取向及成形性能的影响机理。主要内容及结果如下：
　　1.研究了FSP倾角对6082铝合金板材微观组织形貌特征的影响。原始板晶粒沿轧向呈带状分布，心部晶粒粗大、第二相尺寸有较大差异且分布不均，表层由于轧辊的剪切作用其晶粒较为细小，第二相分布相对均匀且存在一定的位错结构。经不同倾角FSP后，由于变形量及热量不同加工区均形成轴肩作用区、搅拌区、热力影响区、热影响区，其中轴肩作用区与搅拌区由于受搅拌头直接作用形成细小等轴晶及第二相且分布均匀，但由于轴肩区冷速较大，其第二相尺寸略小于搅拌区并存在一定位错结构，而不同倾角的加工区之间晶粒尺寸则无明显区别；
　　2.研究了不同倾角下6082铝合金板材轴肩作用区晶体取向的演变规律。原始板含有较多Brass形变织构和Goss、Q、P等再结晶织构以及r-cube剪切织构，其强度分别为3.51、4.11、3.55、3.38、8.85，织构强度方差值为2.282。经FSP后倾角1°至4°的轴肩区织构强度方差值均降至0.93以下，表明FSP使该区域取向发生明显弱化。不同倾角FSP后轴肩作用区仍含有P织构及Brass织构，但Brass织构强度均降至2.5以下，同时由于倾角增大导致热效应增加，Cube织构随倾角增大其强度逐渐增大并在4°时取得最大值3.2，总体上以E、 F织构为代表的具有高成形性能的<111>//ND织构经FSP后均得到大幅提升并随FSP倾角减小而呈增高趋势，并在倾角为1°分别取得最大值：2.78、2.38；
　　3.探明了倾角对6082铝合金轴肩作用区力学性能取向分布及其各向异性系数的影响规律。原始板0°、45°、90°方向的屈服强度分别为167.27、157.47、181.16 MPa，抗拉强度分别为265.37、248.33、281.73 MPa，表层平均硬度为94.37HV；经不同倾角FSP后，轴肩区的强度及硬度均发生下降，随着倾角减小呈升高趋势并在倾角为1°时取得最大值：0°、45°、90°方向的屈服强度分别为120.22、119.14、122.63 MPa，抗拉强度分别为238.14、234.54、238.44 MPa，平均硬度为75.16HV，平面各项异性系数则随倾角减小逐渐下降并在倾角为1°取得屈服强度和抗拉强度平面各向异性系数的最小值，分别仅为2.41、0.88；
　　4.探明了倾角对6082铝合金轴肩作用区成形性能的影响规律。原始板的平均塑性应变比r?值仅为0.436，平均屈强比为0.635。经不同倾角FSP后轴肩作用区的r?值均大幅提高：当倾角为4°时，r?值为0.910且随倾角降低该值逐渐升高并在1°时取得最大值1.148，而其平均屈强比也均有所下降，倾角为1°至4°时该值分别为0.509、0.496、0.503、0.478；
　　5.基于FSP的塑性流动模式，探讨了FSP对6082铝合金板材晶体取向及成形性能的影响机制。在FSP过程中，轴肩作用区主要受轴肩高速旋转产生的扭转剪切形变作用，该区域晶粒的{111}晶面在轴肩的环向剪切作用下倾向于朝同轴肩相平行的剪切面转动，从而促进轴肩作用区<111>//ND织构的形成，并且由于 FSP的剧烈塑性变形促使该区域形成细小等轴晶，这也有利于剪切形变过程中晶粒的{111}晶面向平行于轴肩剪切面的方向自由转动，共同促使轴肩作用区形成<111>//ND织构从而提高板材成形性能；
　　6.探讨了倾角对6082铝合金轴肩作用区晶体取向及成形性能的影响机制。倾角增大时，轴肩剪切面与板材轧面夹角增大，导致<111>//ND织构含量相对减少，而且倾角越大时加工区内部压力差增大，提高了材料在厚度方向上的流动强度从而削弱轴肩作用区环向剪切流的强度，使得<111>//ND织构含量有所减少。再者，倾角增大时加工区温度升高，部分<111>//ND织构转变为其他再结晶织构，这也将进一步导致<111>//ND织构含量减少。故随着倾角的减小，轴肩作用区的<111>//ND织构强度增大，成形性能逐渐提高。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 冲压用铝合金板材成形性能的研究现状

1.3 铝合金板材织构与性能的关系

1.4 剪切形变调控铝合金板材织构的研究概述

1.5 本论文研究目的、内容及技术路线

1.6 本章小结

第二章 试验方案及过程

2.1 搅拌摩擦加工试验

2.2 组织形貌观察

2.3 晶体取向测试

2.4 力学性能及成形性能测试

2.5 本章小结

第三章 FSP对6082铝合金组织形貌的影响

3.1 倾角对加工区宏观形貌特征的影响

3.2 搅拌摩擦加工对6082铝合金晶粒形貌的影响

3.3 搅拌摩擦加工对6082铝合金第二相形貌的影响

3.4 本章小结

第四章 FSP对6082铝合金晶体取向的影响

4.1 搅拌摩擦加工前后的极图分析

4.2 搅拌摩擦加工前后的ODF函数分析

4.3 搅拌摩擦加工前后的取向线分析

4.4 本章小结

第五章 FSP对6082铝合金板材性能的影响及其机理探讨

5.1 搅拌摩擦加工对6082铝合金板材力学性能的影响

5.2 搅拌摩擦加工对6082铝合金板材成形性能的影响

5.3 搅拌摩擦加工中塑性流动方式的分解

5.4 搅拌摩擦加工提高铝合金板材成形性能的机理探讨

5.5 加工倾角影响铝合金板材成形性能的机理探讨

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间科研成果

声明

致谢