7075铝合金搅拌摩擦加工的实验材料与实验方法

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊疲劳裂纹扩展特性1陈加华1，杨新岐1，吴海亮1，栾国红21天津大学材料科学与工程学院，北京 (300072)2中国搅拌摩擦焊中心北京搅拌摩擦焊技术有限公司，北京 (100024)E-mail：chenjiahua2008@!摘要：搅拌摩擦焊（FSW）作为一种新型固相连接技术在铝合金等轻型合金连接方面具有很大的优势，建立合理有效的疲劳评定标准是FSW技术推广和应用的必要条件。

本文通过对7075-T6FSW接头不同位置的疲劳裂纹扩展速率进行实验，来研究铝合金FSW接头的疲劳性能。

实验结果表明：后退边HAZ疲劳裂纹扩展速率最慢，而垂直于焊缝区的扩展速率则最快；焊缝中心区的扩展速率在低△K区会低于前进边HAZ，而到裂纹扩展后期，疲劳裂纹扩展速率会高于前进边HAZ；与IIW标准的推荐值相比，所有区域的疲劳裂纹扩展速率均显著低于推荐值，这说明FSW接头的疲劳性能较好。

关键词：搅拌摩擦焊；铝合金；疲劳裂纹扩展速率；焊接缺陷1．引言进入21世纪，能源问题已经成为世界上所有国家经济发展的制约因素，节约能源成为大家的共识，而构件轻量化是其中重要途径，铝合金的使用能大大减轻构件的重量。

铝合金材料具有比强度高，耐腐蚀和易成形等一系列优点，如7xxx系列，在航空、航天、高速列车和高速舰船等工业制造领域得到越来越广泛的应用。

但是，铝合金具有熔点低、热传导系数较大、热膨胀率高等特点，如采用传统熔焊连接时，将很难保证接头质量[1]。

搅拌摩擦焊（Fiction Stir Welding, 简称FSW）是英国焊接研究所（TWI）1991年发明的新型固相连接技术，并在全世界范围内申请了专利保护[2]，被誉为是继激光焊接后最为革命性的连接方法。

国内外已有大量实验证明：FSW技术能很好地连接铝合金，且接头强度比熔焊有很大提高。

但在国内关于搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究的文献还非常之少，尤其是疲劳裂纹扩展速率的文章。

7050铝合金是一种可热处理强化的超硬铝合金材料,熔铸方便,成形性好,具有良好的综合性能。

由于铝合金弧焊时焊缝经常会产生气孔、裂纹、咬边等缺陷,特别是对于热处理强化的超高强铝合金,其弧焊焊接性更差,极易出现热裂纹,严重阻碍了7050铝合金在工业中的应用[1]。

搅拌摩擦焊(FSW)作为一种高效、优质、环保、低成本的新型焊接方法[2]对7xxx系高强铝合金可以进行很好的焊接。

本文选取8mm的7050-T7451铝合金板进行单道对接搅拌摩擦焊实验,并对接头的组织和力学性能进行了分析。

1实验方法焊接试验用材料为8 mm厚的7075-T7451铝合金,搅拌头材料采用H13热作模具钢。

化学腐蚀液为15mlHCl+1mlHF+2.5mlHNO3+95mlH2O;在显微镜OptelicsTMS130下观察焊合区的组织特征;在CSS-44100电子万能试验机上进行拉伸试验;在HX-1000显微硬度计上进行硬度测量。

2实验结果及分析2.1焊接接头的微观组织形貌从图1所示焊接接头横断面的宏观形貌可以看出,接头明显存在四个区域,即中心的焊核区(A区)、焊缝两侧的热机影响区(B区)、热影响区(C区)2524-T3铝合金是目前综合性能较好的飞机蒙皮用铝合金,已广泛应用于B777和A380等新一代民航飞机。

进入21世纪以来，欧美航空制造业就掀起了搅拌摩擦焊飞机结构制造技术研究和应用推广热潮。

美国Lockheed Martin公司和波音公司在C-130J、C-17大型军用运输机货舱地板制造中，率先采用了挤压型材搅拌摩擦焊连接方案。

2009年7月，国内两大飞机制造厂委托我公司进行XX飞机物理样机斜台地板组件及货舱地板组件的搅拌摩擦焊生产制造。

XX飞机是目前我国航空发展史上规模最大、技术难度最高、协作面最广的一项复杂系统工程。

自2007年下半年起，北京赛福斯特技术有限公司便开始致力于该飞机机身蒙皮和地板材料的搅拌摩擦焊技术研究。

科研人员进行了系统的搅拌头设计与工艺开发，开展了多种厚度规格材料的搅拌摩擦焊工艺试验参数优化，经过刻苦攻关与不懈的努力，接连取得突破，成功地实现了1.6mm厚2024-T3、2524-T3 铝合金，3.0mm、3.5mm、4.0mm厚7050-T7451铝合金板材的高质量搅拌摩擦焊对接，接头拉伸强度达到母材强度的90%、接头疲劳性能达到与母材相当的水平。

旋转摩擦挤压7075铝合金组织及第二相形貌邢丽;朱杜桥;徐卫平;柯黎明【摘要】采用旋转摩擦挤压法(RFE)加工T6态7075铝合金,对挤压后的7075铝合金进行热处理,观察了7075铝合金的显微组织和第二相变化,测试了加工后材料的显微硬度.结果表明,RFE态的7075铝合金为未完全再结晶的细小等轴晶,平均晶粒尺寸约为15μm.经热处理后,铝合金中未发生再结晶的晶粒继续完成再结晶,晶粒尺寸进一步细化均匀,约为8μm.RFE加工使7075铝合金中保留的初生金属间化合物尺寸变小,原沉淀析出的第二相(MgZn2相)在RFE加工过程中大部分发生重溶,未重溶的MgZn2相发生粗化,经热处理后7075铝合金中析出的MgZn2相尺寸细小,呈弥散分布.RFE态7075铝合金显微硬度低于基材,但经T6热处理后,其硬度为177.5HV,高于基材,7075铝合金中第二相对基体的强化效果较细晶强化作用更显著.%7075-T6 Al alloy with T6 state was processed by Rotational friction extrusion (RFE), and then they were heat treated. The microstructure and second phase of 7075 Al alloy were observed, the hardness was tested. The results show that, 7075 Al alloy after RFE is composed of fine equiaxed grains while they are recrystallized uncompletely, average grain size is about 15 μm. After heat treatment, the recrystall ization behavior is finished in those unrecrystallized grains and grain becomes finer, about 8 μm. The primary intermetallic reserved in 7075 Al alloy becomes smaller after RFE. Most of aging precipitated phase (MgZn2) is re-dissolved, however, some un-dissolved precipitated phase particles become coarser. Many new second phase particles are re-precipitated in the extruded 7075 Al alloy after heat treatment, and they are distributed uniformly. The hardness ofthe as-RFE 7075 Al alloy is lower than that of the as-recieved material, but after T6 heat treatment, the hardness is 177.5HV, higher than that of the as-received material. The strengthening effect of second phase is greater than that of fine-grain in 7075 Al alloy.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2017(027)007【总页数】8页(P1361-1368)【关键词】7075铝合金;旋转摩擦挤压;热处理;显微组织;第二相【作者】邢丽;朱杜桥;徐卫平;柯黎明【作者单位】南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063;南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063;南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063;南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG1467075铝合金是Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化铝合金，由于其密度低、强度高、热加工性能和耐腐蚀性能好等优点，使得7075铝合金在航空航天、车辆、建筑桥梁等领域应用广泛[1−3]。

0前言7075铝合金是一种高强度铝合金，它由Al、Cu、Mg、Zn及Cr等元素组成。

该合金加工性能良好，可以采用铣削、冲压、拉伸、锻造、焊接等加工工艺。

该合金材料被广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械等领域[1-3]。

阳极氧化是一种电化学反应，它的基本原理是金属表面的氧化过程。

在阳极氧化过程中，金属表面受到电解质的作用，氧化物在金属表面形成一层薄膜，这层薄膜可以保护金属表面不受空气中的氧化剂的侵蚀[4]。

阳极氧化技术可以有效改善金属表面的耐腐蚀性和耐磨性，以提高金属的使用寿命[5]。

然而，阳极氧化技术也存在一些缺点，如处理后的金属表面易出现粗糙、黑线、划伤、毛刺等缺陷，耐腐蚀性和耐磨性可能不够等，因此对铝合金阳极氧化性能的研究极为重要[5]。

有研究表明，6×××系和7×××系铝合金近表面存在连续、链式分布的第二相（含Fe相、含Si、Mn夹杂物颗粒），易形成耐腐蚀差异区，导致第二相周围的Al 优先溶解，在基体上出现沿第二相分布的线性凹坑，形成肉眼可见的黑线条纹缺陷[6-8]。

铝合金在后续加工中产生的划伤、油污等表面缺陷也会在阳极氧化过程中产生黑线[7]。

通过控制熔铸过程中Fe元素、硅剂添加量，加强精炼、过滤、除杂手段的控制，保障铝熔体质量和均质效果可有效减少黑线出现的概率[9-10]。

李飞庆[8]等通过增大铸锭氧化皮切削厚度，优化模具设计增加挤压过程的死区，来减少第二相偏聚和挤压过程中表面受到的擦伤，提高型材的表面质量，进而提升阳极氧化的表面光洁度。

丁小理[11]等发现阳极氧化过程中挤压型材表面的凸起毛刺脱落容易产生黑斑，而未脱落的毛刺还容易产生白线缺陷。

本文分析的零件用于飞机航空座椅，由7075铝合金挤压扁排经机加工和表面阳极氧化制成。

由于大批零件氧化表面存在黑线，无法正常装机使用，造成了非常大的经济损失。

本文通过对7075铝合金零件机加工表面氧化黑线区域和正常区域的显微组织进行对比分析，查明氧化黑线出现的原因，同时提出减轻氧化黑线问题的工艺改进方案。

搅拌摩擦焊焊接质量控制摘要：搅拌摩擦焊接技术是针对焊接性差的铝、镁合金而开发出的一种新型固相连接技术，由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术。

可以有效地避免氧化和蒸发,焊后冷却过程中不出现热裂纹，焊缝区晶粒得到细化，优化了接头各项性能，同时焊接过程不需要填充金属，不产生火花、飞溅、烟雾、弧光等，是一种高效、优质、简单、无污染的焊接工艺。

介绍了搅拌摩擦焊接的原理、焊接工艺特点、搅拌摩擦焊的最新发展情况及其应用。

利用搅拌摩擦焊焊接方法对7075铝合金进行焊接实验，在焊接参数为：转速—-800r/min、焊接速度75mm/min的情况下得到了良好的组织结构，显微硬度的实验表明焊后其维氏硬度值的分布趋势沿焊缝中心基本对称。

关键词：搅拌摩擦焊接；7075铝合金；焊接参数；焊接质量控制Research on friction stir weldingA bstract：Friction stir welding (FSW）is a new solid welding technique for aluminum and magnesium alloys invented and patented by The Welding Institute, UK in 1991，which can avoid the problems existing in the other welding methods。

It is an efficient, energy saving, simple and environmental—friendly technique，which can efficiently avoid oxidation and evaporation without heat flaw in the cooling process after welding。

FSW can get optimized various performance of joint without any sparkle, plash，smog or arc. No filling metal is needed in the welding process. This paper simply introduce the principles，the process, emphasize introduces recent development an application of the friction stir welding. Using friction stir welding method of 7075 aluminum alloy welding experiment, the welding parameters for welding speed: speed -—800r/min, 75mm/min cases got good organization structure, microhardness tests indicate that after welding the Vivtorinox hardness distribution trend along the seam center symmetry。

学校代码：10406分类号：TG456 学号：************南昌航空大学硕士学位论文(硕士研究生)7075铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟研究硕士研究生：李成重导师：张坚郭正华申请学位级别：硕士学科、专业：机械工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2011年12月授予学位单位：南昌航空大学Numerical Simulation Research on Friction Stir Welding of 7075 Aluminum AlloyA DissertationSubmitted for the Degree of MasterOn mechanical Engineeringby Li ChengzhongUnder the Supervision ofProf. ZhangJian and Guo ZhenghuaSchool of Aeronautical Manufacturing EngineeringNanchang Hangkong University, Nanchang, ChinaDecember, 2011, 12, 16摘要搅拌摩擦焊获得的焊缝接头具有变形小、强度高等特点，故其能在航空航天、船舶及汽车等制造工业中得到广泛应用。

然而，搅拌摩擦焊接是一个多因素交互作用下的高度非线性的复杂塑性成形过程，如何明晰其过程中温度场、材料流动等变化规律，以及焊接参数对焊缝材料温度及迁移的作用机理，已成为亟待解决的关键基础问题。

为此，本文主要采用有限元模拟并结合理论分析，对上述问题进行系统深入的研究，对于搅拌摩擦焊接理论扩充及实践指导有着重要的意义。

基于ABAQUS软件，建立了锥面带倾角的搅拌头的搅拌摩擦焊接过程热力耦合三维有限元模型，并验证模型可靠。

发现等效塑性应变与材料流动速度的最大值均位于工件上表面与轴肩边缘接触处，并且随着焊接过程的进行而基本保持不变。

等效塑性应变区主要位于搅拌头后方，而材料流动则主要分布在搅拌头周围，并且区域较狭窄。

第3 8卷第11期焊接学报V938No.11 $ 01 7 年 11 月TRANSACTIONS OF THE CHINA3ELDINGINSTITUTI0N November20177075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂机理1 >2 ,朱浩U，姜月U，刘家伦王军3(1.河北省交通工程材料重点实验室，石家庄050043; 2.石家庄铁道大学材料科学与工程学院，石家庄050043;3.河北科技大学材料科学与工程学院，石家庄050018)摘要：使用MTS拉伸试验机和扫描电镜加载台分别对7075铝合金FS3接头进行拉伸卸载和原位拉伸试验，并 助Olympus金相 镜对卸载后接头损 进 ，使用有限元 ABAQUS对接头在拉伸过程中的应力状态进行分析.结果表明，7075铝合金F S3接头在拉伸过程中微裂纹分别在前进侧热影响区（HAZ)与热力影响 区（TMAZ)交界处和焊核区（3NZ)底部形核，最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹，主裂纹沿HAZ 与TMAZ交界扩展导致接 裂.原 伸试验接 在该 发生断裂.该 向应力度较高、显微硬度较低、过渡组 及 相M g Zn$向布而成7075铝合金FS3接头的最薄弱 .关键词！ 7075铝合金；焊；断裂机理；有限元 ；相中图分类号：TG457.14 文献标识码：A doi:10.12073/j.h jx b.201601050050序言Al-Zn-Mg-Cu铝合金7075具 的塑性、较的度、比刚度，被 应用 空 ：及载 具 .进行熔化焊接 产生气孔、热裂纹及HAZ软化等问题%1].焊(friction stir welding，FSW)是英国焊接研究所（the welding institute)于1991年发明的一种固相连接技 术，是铝合金最具 的焊接技术之一[2].年来，国学者对FSW展了大量 ，中在FSW接头形成机理[3]、度应和流场的数模拟%4_5]、焊接 参数%6]、组和力学性[7-9]、及接头中析出相[10-11]几方面.然而，目对铝合金FSW接头变形、损 的研究较少，而该 对 化FSW焊接 、提接头学 及保证焊接 的安全性、可靠性具有极其重要的意义.因此，选用高速列 体用厚度6mm的7075铝合金 进行FSW对接试验，并对接头进 伸卸载试验及原 伸试验，借助金相 镜、体视 镜和扫描电镜对接头损伤行为进 、，而找出7075铝合金FSW接头的薄弱 .1试验方法试验材料是厚度为6mm的7075筒强铝合金平收稿日期：2016-01-05基金项目：河北省自然科学基金资助项目（2016210050); 2015河北 省生创新资助项目（2015010)板(供货状态:T6)，其化学成分见表1.焊件尺寸为 300 mmx150 mm，采用平板对焊的焊接方式.搅拌 针根部直径为5.92 mm、端直径3.48 mm、长度为 5.54 mm，轴肩直径为15 mm.利用MTS810-23型液 压伺服试验机和KYKY2800B型扫描电子显微镜自 加载台分别进 伸卸载试验和原 伸试验.卸载后的试 金相试样.原 伸试样损用 加 载 用 扫描电 镜 进 ，原伸试 图1所示.拉伸卸载及原 伸表17075铝合金化学成分（质量分数，％ ) Table 1Chemical composition of 7075 aluminum alloyZn Mg Cu Fe Mn Cr Al5.1 ~6.1 2.1 ~2.9 1.2 ~2.00.50.30.18 ~0.28余量78焊接学报第38卷试样用 4 m L HF+ 6mL HC1+ 10 m L冊03 + 190 m LH20进行腐蚀，时间为30 [利用GX51型Olympus显微镜和Stem i 2000-C型体式显微镜对FSW接头的损 进行观察.2接头损伤观察结果与分析2.1拉伸卸载试验伸卸载后FSW接头在厚度方向上的 形图2所示，所示的方向伸方向.由图2可以看出，裂纹 在形核的两 ：WNZ 及前进侧HAZ与TMAZ交 •图2拉伸过后接头微观形貌Fig. 2 Micro-structure of joints after tensileWNZ底部裂纹即为图2中的裂纹1.裂纹1在 拉伸过程中首先形核，这是 针长度 使FSW焊缝产生的弱连接造成[7].|加载荷的增大，与加载成45°方向裂纹1发生扩展；当裂纹扩展至WNZ停止扩展.主要是 WNZ的极其细小，细 化作用 ，止裂 .因此，裂纹1发展成 裂纹.图2中的裂纹2是进侧HAZ与TMAZ交界 裂纹.丨加载荷进一 大，裂纹2在该区产生.裂纹2的产生主要受四方 用的 ：应 ’度、微观组 及 相的分布.2.1.1 应力状态的影响用有限元 出的7075铝合金FSW接头在拉伸过程中的三向应力度分布曲线如图3所示.向应力度/计算见式（1). 向应力度越大，则应力相对较大，在伸过程中试样越发生 裂；，向应力度越小，剪应力相对较大，试越发生塑性变形而发生突然脆[12].HAZ和TMAZ交 的三向应力度发生突变，所以该 在外载 用下产生裂纹2.图3 FSW接头三向应力度分布Fig. 3 Distribution of stress triaxiality of FSW joints&(&1+&2+&3"m3lr=—=— —e槡^[( &1 -&2 "2 +(&2 -&3 "2 +(&3 -&1 "2](1 )式中:，代 应力；&:应力，应力;&1，&2和&3分别表示第一主应力、第二 应 及 应力.2.1.2 显微硬度的影响7075铝合金FSW接头显微硬度分布如图4所 示.从图4可 出，7075铝合金FSW接头的硬度分布极不均匀，大致 对称的+W”形曲线.显微度 出现在HAZ与TMAZ的交 ，并进侧比后退侧低1〜2 HV.故而前进侧H AZ和 TMAZ交 是 接 度 的 ，因而在加载 用 产生裂纹 2.-15-10-50 5 10 15距焊缝中心距离p/mm图4 FSW接头显微硬度分布Fig. 4 Distribution of micro-hardness of FSW joints2.1.3 微观组织的影响7075铝合金FSW接头组织形貌如图5所示.第11期赵熠朋，等:&0&5铝合金搅拌摩擦焊接头断裂机理791 i〇〇m H|jL m(b ) A区局部放大图5 7075铝合金FSW接头组织形貌Fig. 5 Micro-structure of 7075 FSW jointTMAZ中晶粒受到FSW过程中的机械搅拌作用，在 长度方向上被拉长，并发生了一定的取向变化；而 HAZ组织则仍然保持 长 ，但发生一定的粗化.TMAZ与HAZ |组 异，造成了该区域过渡组织的 ，变形 ，因此交接头较薄弱 .前进侧交 的及取向变化 侧更加明显，成 接头的薄弱区.在外加载荷作用下裂纹容易形核和扩展[13].裂纹2沿着HAZ与TMAZ交界处扩展.当裂纹$扩展 3时发生偏转.：是因为了强度较高的析出相，阻碍了裂纹 原来方向继续扩展，而裂纹扩展能量又不足 过析出相，从而一个方向 向前扩展.裂纹扩展一离到达WNZ，由于WNZ止裂性好，裂纹又发生偏转，重新沿着HAZ与TMAZ交 向前扩展.2.1.4 沉淀相分布的影响7075铝合金FSW接头HAZ与TMAZ交界处沉 淀相分布如图A所示.该 组织中出现大量棒MgZn$相，且具 的取向性.在拉伸过程中，种 向分布的棒 相会使接 变图6析出相分布与形貌Fig. 6 Distribution and morphology of precipitated phase 形协调性变差，在外加载荷作用下容易产生微裂纹 形核、扩展，导致接 裂.2.2原位拉伸试验的试验 也发生在原位拉伸试验过程中.原 伸过程中裂纹形貌及扩展过程如图7所示，所的方向伸方向.从图7可以看出，加载至1.724 m m时，在前进侧H A Z与 TMAZ交界处产生裂纹1和裂纹2,如图7s所示. 这是 该 两 交 ，过渡组 ，并 伸方向与其界面垂直，故在加载荷作用下首先产生微裂纹.加载至Z.D D# >>时，裂纹$向前 扩展，与此 ，又产生微裂纹3，如图7b所示.当加载至2.496 mm时，微裂纹3发生扩展，此时微裂 纹1度方向发生一定的扩展，如图7c所示.当加载至2.701 mm时，又产生了裂纹4,裂纹4将裂 纹1和裂纹3连在一块，如图7d所示.当加载至2.83 mm时，产生裂纹5，此裂纹贯穿试样的面，裂纹宽度也有所增加，如图7e所示.当加载至 2.897 mm时，整个试样发生断裂，如图7f所示.从原 伸试验结果可以证实，7075铝合金FSW接头在拉伸过程中，微裂纹形核、扩展也发生 于前进侧HAZ与TMAZ交界处，这与拉伸卸载试验 相吻合.在图7d中，裂纹4 在进侧HAZ 与TMAZ交界处形核，而是稍微向TMAZ偏移了 0.1mm左右，这是 该 裂纹并未在试样表面、而是在试 形核.所述，拉伸卸载试验及原位拉伸试验主裂 纹形核、扩展 进侧HAZ与TMAZ的交 发生，该 过渡 组 的 、度 较 、向应力度较高以及MgZh相的取向分布而成为整个 7075铝合金FSW接头的最薄弱环节.80焊接学报第38卷(d ) 2.701)1.724(b ) 2.441(e ) 2.83i⑴ 2.897 i图7原位拉伸结果Fig. 7 Result of in situ tensile test3结论(1) 7075铝合金FSW 接头在拉伸过程中，在试样的厚度与宽度方向上，微裂纹 生进侧HAZ 与TMAZ 交界处.裂纹形核与扩展受到交界处的应’度、组织及相分布的.(2) 7075铝合金FSW 焊接接头在拉伸过程中，试中应布，三向应力度在WNZ 和TMAZ 交界处与TMAZ 和HAZ 交界处存在 突变，从而加速裂纹形核与扩展，导致试裂.(3)前进侧H AZ 与TMAZ 的交界处是整个FSW 接头的最薄弱环节.参考文献：[1]刘会杰.焊接冶金与焊接性[M ].北京：机械工业出版社2007.[2]王国庆，赵衍华.铝合金的搅拌摩擦焊接[M ].北京：中国宇航出版社，2010.[3]张成聪，常保华，陶军，等.2024铝合金搅拌摩擦焊过程组织演化分析[J ].焊接学报，2013, 34(3): 57 -60.Zhang Chengcong，Chang Baohua，Tao Jun ，et al. 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本科毕业论文题目：A l2O3/7075基复合材料的摩擦磨损性能研究摘要颗粒增强铝基复合材料因其特有的比重轻、比强度与比模量高、耐磨及耐高温等优良性能，在航空航天、电子和汽车制造等行业中具有广阔的应用前景。

研究了原位反应生成A1203制备颗粒增强铝基复合材料的工艺，其制备条件是:熔体温度900℃，CuO粉末与Al粉混合均匀，压制成块，加入铝液中搅拌，扒去表面的浮渣，将熔体浇铸到预热的模具中，快速冷却。

颗粒是在基体内部原位反应生成，颗粒细小，表面洁净，与基体结合良好。

将试样切割成块，在摩擦磨损机上分别设置20N，30N，40N，50N和转速为80r/min, 100r/min, 110r/min, 120r/min摩擦600s后称量其磨损量。

研究表明加入8% A1203后硬度和磨损性能大大提高，表面磨痕变浅。

关键词：原位反应；颗粒增强体；磨损性能AbstractPartieulate reinofreed metal martix compositesPossess several additional advantages such as light weight，high speeific strength and stinffess，wear-resistingand high temperature-resisting. Studing in situ reaction of A1203 particulate reinforced aluminum matrix composite prepared by the process, the preparation conditions are: melt temperature is 900 ℃, CuO powder mixed with Al powder, pressed into blocks, by adding aluminum liquid mixing, Pa to the surface scum, will melt into warm mold casting and rapid cooling. Particles within the matrix in situ in the reaction, small particles, surface cleanliness, and good substrate.The sample cut into pieces, the friction and wear machine were set to 20N, 30N, 40N, 50N, and speed 80r/min, 100r/min, 110r/min, 120r/min 600s after weighing the friction wear. The results show that, after adding 8% A1203 greatly improved hardness and wear resistance of the surface, the marks are shallow.Keywords：In situ reaction；particle reinforcement；Wear目录第一章绪论 (1)1.1颗粒增强金属基复合材料 (1)1.1.1颗粒增强金属基复合材料的制备工艺 (1)1.1.2颗粒增强金属基复合材料的原位反应制备方法 (3)1.1.3铝基原位复合材料的研究现状 (5)1.1.4颗粒增强铝基复合材料的应用及展望 (6)1.1.5原位反应铝基复合材料的研究发展方向 (6)1.2颗粒增强铝基复合材料耐磨性的研究现状 (8)1.2.1 增强颗粒的影响 (8)1.2.2 外加载荷的影响 (8)1.2.3 外部温度的影响 (9)1.2.4 滑动速度的影响 (9)1.3颗粒增强铝基复合材料主要表征参数 (9)1.3.1摩擦温度 (9)1.3.2摩擦系数 (10)1.3.3磨损量(耐磨性) (10)1.4颗粒增强铝基复合材料的应用 (11)1.5本文研究意义与内容 (11)第二章试验方案及工艺流程 (13)2.1原材料与设备 (13)2.1.1原材料 (13)2.1.2试验设备 (13)2.2 原位Al2O3颗粒的制备 (13)2.3试验流程图 (14)2.4试验步骤 (14)2.4.1试样制备 (14)2.4.2摩擦磨损试验 (15)2.4试验中的分析测试手段 (16)2.4.1金相组织观察 (16)2.4.2硬度测定 (16)2.4.3耐磨性测定 (16)第三章试验结果与分析 (17)3.1 金相组织分析 (17)3.1.1 基体材料与复合材料组织的对比 (17)3.1.2摩擦表面的组织观察 (17)3.2硬度测定 (18)3.3 耐磨性的分析研究 (19)3.3.17075铝合金与8%Al2O3/7075摩擦磨损性能的对比 (19)3.3.2转速对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响 (20)3.3.3载荷对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响 (21)结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (25)第一章绪论现代科学的飞速发展对材料提出了越来越高的要求，除了优异的力学性能外，还希望材料具有某些特殊性能和良好的综合性能。

《7075铝合金脉冲电流辅助成形力学性能及摩擦特性研究》一、引言随着现代工业的快速发展，轻质高强合金材料在航空、航天、汽车等领域的应用越来越广泛。

其中，7075铝合金因其优良的力学性能和加工性能，成为这些领域中常用的材料之一。

然而，传统加工方法往往难以满足复杂零部件的成形要求。

近年来，脉冲电流辅助成形技术因其能够提高材料的成形性能和力学性能而受到广泛关注。

本研究以7075铝合金为研究对象，探讨脉冲电流辅助成形对其力学性能及摩擦特性的影响。

二、研究方法1. 材料选择与制备本研究选用7075铝合金作为研究对象，通过常规的铸造和热处理工艺制备试样。

2. 脉冲电流辅助成形采用脉冲电流辅助成形技术对7075铝合金进行加工，设置不同的电流参数，观察其对材料成形的影响。

3. 力学性能测试通过拉伸试验、硬度测试等方法，测定材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。

4. 摩擦特性研究采用摩擦磨损试验机，研究材料在不同条件下的摩擦系数和磨损率，分析脉冲电流辅助成形对材料摩擦特性的影响。

三、结果与讨论1. 力学性能分析（1）抗拉强度与屈服强度：在脉冲电流辅助成形后，7075铝合金的抗拉强度和屈服强度均有显著提高，这主要是由于脉冲电流的作用使得材料晶粒细化，提高了材料的强度。

（2）延伸率：尽管脉冲电流辅助成形使得材料的抗拉强度和屈服强度提高，但延伸率略有降低。

这可能是由于电流作用下的局部热效应导致材料内部产生微小的热应力，影响了材料的塑性变形能力。

（3）硬度：硬度测试结果表明，脉冲电流辅助成形后，材料的硬度也有所提高，这进一步证明了脉冲电流对材料性能的改善作用。

2. 摩擦特性分析（1）摩擦系数：在摩擦磨损试验中，脉冲电流辅助成形的7075铝合金表现出较低的摩擦系数。

这可能是由于电流作用使得材料表面更加光滑，减少了摩擦阻力。

（2）磨损率：与未经过脉冲电流处理的材料相比，经过处理的材料表现出较低的磨损率。

这表明脉冲电流辅助成形技术有助于提高材料的耐磨性能。

铝基复合材料搅拌摩擦加工制备工艺及其耐磨性能研究进展目录1. 内容概览 (3)1.1 研究背景 (4)1.2 铝基复合材料的发展现状 (5)1.3 搅拌摩擦加工的优势与应用 (7)1.4 研究意义与目的 (9)2. 铝基复合材料概述 (10)2.1 材料组成 (11)2.2 材料特性 (12)2.3 制备工艺 (13)3. 搅拌摩擦加工技术 (14)3.1 原理与特点 (16)3.2 过程参数优化 (17)3.3 设备与工艺流程 (18)4. 耐磨性能研究 (20)4.1 磨粒磨损测试 (21)4.2 磨削效率分析 (22)4.3 耐磨性影响因素 (23)5. 搅拌摩擦加工制备铝基复合材料耐磨性能研究进展 (25)5.1 早期研究概况 (25)5.2 新材料的应用 (27)5.3 新型工艺的研究 (27)5.4 耐磨性能实验验证 (29)6. 实验设计与方法 (30)6.1 实验样品 (30)6.2 实验设备与工艺参数 (31)6.3 耐磨性能测试方法 (32)7. 实验结果与分析 (33)7.1 制备工艺效果分析 (35)7.2 表面形貌与组织结构 (36)7.3 磨损性能测试结果 (37)7.4 结果讨论 (38)8. 耐磨性能改进措施 (41)8.1 表面工程技术 (42)8.2 添加耐磨增强相 (43)8.3 预处理与后处理工艺 (44)9. 结论与展望 (45)9.1 研究总结 (47)9.2 存在的问题 (48)9.3 未来研究方向 (49)1. 内容概览《铝基复合材料搅拌摩擦加工制备工艺及其耐磨性能研究进展》概要：。

并分析其对耐磨性能的影响，铝基复合材料因其优异的力学性能、耐腐蚀性和轻质特性，在航空航天、汽车制造和电器行业中有着广泛的应用。

搅拌摩擦加工技术是一种创新的表面处理工艺，通过旋转的摩擦搅拌工具与工件接触产生剪切力和摩擦热，从而实现材料的位错和微观结构变化。

该方法能够提高工件的表面硬度和耐磨性能，同时改善其配合性能和耐腐蚀性。

沈阳航空航天大学材料科学与工程学院本科生（综合实验研究）任务书7075铝合金搅拌摩擦点焊接头性能分析摘要：本文采用搅拌摩擦点焊对厚度为2 mm 的7075铝合金进行焊接实验，分析接头的显微组织及力学性能。

根据焊点接头的组织特征可将其分为塑性区、动态静止层、热影响区和母材。

结果表明：塑性区和动态静止层的晶粒在热和力作用下发生动态再结晶形成细小的等轴晶，热影响区的晶粒在摩擦热作用下长大变粗；搅拌头旋转速度为1500 r/min，停留时间为6s 时，可以获得力学性能较好的焊点，焊点的拉断力达到6.07 kN。

通过对各种工艺条件下的点焊接头进行拉伸试验、显微组织观察，详细分析讨论了不同工艺参数及焊接方法对点焊接头组织与性能的影响。

关键词：铝合金，搅拌摩擦点焊，显微组织，力学性能Microstructures and properties of friction stir spot welding jointsFor7075aluminum alloyAbstract:In this paper, the friction stir spot welding of a thickness of 2 mm of 7075 aluminum alloy welding experiment,the joint microstructures and mechanical properties were analyzed. Based on the structure character of the joint, the microstructure of the joint can be divided into plasticity zone, dynamically quiescent layer, heat affected zone and base metal. The results show that the plasticity zone and dynamically quiescent layer become fine equiaxed recrystallisation under thethermo-mechanical effect, the grains in the heat-affected zone grow up because of the effect of friction heat. When the rotation speed is 1500 r/min and the welding time is 6 s, good joint is achieved, and the tensile shear strength of the joint reaches 6.07 kN. Through a variety of welding process under the conditions of a joint tensile shear test, cross-tension test, hardness test, microstructure observation and tensile shear fracture scanning electron microscopy, detailed analysis of different process parameters and method of spot welding joints performance.Keywords:7075 aluminum alloy; friction stir spot welding(FSSW); microstructure; mechanical properties录第一章绪论 (1)1.1铝合金概况 (1)1.1.1铝合金物理化学性能特点 (1)1.2搅拌摩擦点焊概况 (1)1.2.1搅拌摩擦点焊 (1)1.2.2搅拌摩擦点焊原理 (1)1.2.3搅拌摩擦点焊优点 (2)1.2.4搅拌摩擦点焊缺点 (2)1.3铝合金搅拌摩擦点焊研究现状及发展 (2)第二章实验材料，方法与设备 (3)2.1实验材料 (3)2.2实验设备 (3)2.3焊接实验 (3)2.3.1实验方案 (3)2.3.2焊前准备 (5)2.3.3焊接过程 (5)2.4金相实验 (6)2.4.1取样 (6)2.4.2磨制 (6)2.4.3抛光 (6)2.4.4腐蚀 (6)2.4.5观察显微组织 (6)2.5力学性能试验 (6)第三章实验结果与分析 (7)3.1 搅拌摩擦点焊接头成形分析 (7)3.2 搅拌摩擦点焊接头微观缺陷分析 (8)3.3搅拌摩擦点焊接头显微的组织分析 (9)3.3.1焊接停留时间对焊接接头各区域组织的影响 (9)3.3.2搅拌头转速对接头各区域组织的影响 (12)3.4力学性能分析 (16)3.4.1焊接接头最大拉断力的分析 (16)第四章结论 (17)参考文献 (18)第一章绪论1.1铝合金概况1.1.1铝合金物理化学性能特点铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度及良好的导电性和导热性，在航空、航天、汽车、机械制造、电工及化学工业中得到了广泛的应用。

广东化工2019年第15期·26·第46卷总第401期7075铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦性能夏袁昊(江苏理工学院材料学院，江苏常州213001)Friction Properties of Micro-arc Oxidation Coating on7075Aluminum AlloyXia Yuanhao(School of Materials Engineering,Jiangsu University of Technology,Changzhou213001,China)Abstract:A ceramic film was grown on the surface of7075aluminum alloy by micro-arc oxidation treatment to improve its friction properties.The effects of technological parameters such as reaction voltage and reaction time on the surface morphology,microstructure,film thickness,surface hardness and friction behavior of such prepared coatings were investigated using the scanning electron microscopy(SEM),thickness gauge,micro-hardness tester,and friction test.The relationship between reaction voltage and reaction time and film thickness,surface hardness and friction coefficient was established.Keywords:7075aluminum alloy；micro-arc oxidation；friction properties1引言7075铝合金具有较高的韧性和优良的加工性能，适用于船舶和飞机的部件材料。

《7075铝合金电辅助圆角摩擦特性分析及有限元仿真》一、引言随着现代工业技术的快速发展，7075铝合金因其优良的机械性能和耐腐蚀性，在航空、汽车、电子等众多领域得到了广泛应用。

电辅助圆角加工技术在生产过程中能够提高产品的性能并满足特殊设计要求。

为了更深入地了解其圆角摩擦特性以及为生产提供有力依据，本文针对7075铝合金的电辅助圆角摩擦特性进行分析，并结合有限元仿真方法，为该合金的实际加工和应用提供指导。

二、7075铝合金电辅助圆角摩擦特性分析1. 材料特性7075铝合金是一种高强度、高耐腐蚀性的合金材料，具有优良的机械性能和加工性能。

其特点包括高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性以及良好的焊接和加工性能。

2. 圆角摩擦过程电辅助圆角加工过程中，工具与材料之间的摩擦行为对加工质量和效率有着重要影响。

摩擦力的大小和分布直接影响着材料的变形和热力耦合效应。

在电辅助作用下，材料表面温度升高，导致材料软化，从而影响摩擦特性。

3. 影响因素分析影响7075铝合金电辅助圆角摩擦特性的因素包括电辅助电流、加工速度、工具材料和形状等。

不同参数下的摩擦力大小和分布有显著差异，需针对不同加工条件进行深入研究。

三、有限元仿真方法及模型建立为了更准确地模拟和分析7075铝合金电辅助圆角加工过程中的摩擦特性和热力耦合效应，本文采用有限元仿真方法。

通过建立合理的有限元模型，包括材料模型、工具模型和边界条件等，对电辅助圆角加工过程进行数值模拟。

1. 材料模型在有限元仿真中，选择合适的材料模型是关键。

根据7075铝合金的力学性能和热性能，选择合适的本构关系和热传导模型。

同时，考虑材料的塑性变形和热软化效应。

2. 工具模型工具模型应准确反映工具的几何形状和材料特性。

根据实际加工条件，建立工具模型，并考虑工具与材料之间的热传导和摩擦行为。

3. 边界条件和参数设置根据实际加工条件，设置合理的边界条件和参数。

包括电辅助电流、加工速度、工具进给量等。

Vol. 9, No. 5May 2019第9卷第5期2 0 19年5月有色金属工程Nonferrous Metals Engineeringdoi ：10. 3969/j. issn. 2095-1744. 2019. 05. 0032A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头成形及力学性能余思越1,张德芬1,韩金理1,宫丽杰1,程 菲1,曾德智2(1.西南石油大学材料科学与工程学院，成都610500；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500)摘 要：为研究不同焊接速度对2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW )接头成形和力学性能的影响，在 室温下对焊接接头进行冲击实验和拉伸实验,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对断口形貌和成分进行表征分析，采用 光学显微镜(OM)对接头横截面进行观察。

结果表明，焊接接头呈非对称形，前进侧宽度小于后退侧宽度；焊速为120 mm/min时，接头冲击功最高达到45 J,焊速为140 mm/min 时抗拉强度最优，为239. 68 MPa,延伸率为7. 56%。

随着焊速的增加，焊缝 表面起毛倾向减小，出现隧道孔缺陷的倾向增加；接头抗拉强度与塑韧性随焊速的增加而提高，但焊速为140 mm/min 时，焊核区 出现了隧道孔缺陷，造成接头的韧性下降;拉伸断口呈现上部韧性断裂和下部解理断裂，EDS 元素分析韧性断裂部分存在第二相 粒子Mg 2 Si o关键词：搅拌摩擦焊;异种铝合金;接头成形;力学性能中图分类号:TG457. 14文献标志码：A 文章编号:2095-1744(2019)05-0017-06Forming and Mechanical Properties of Dissimilar 2A12 and 7075 AlloyJoint by Friction Stir WeldingSHE Siyue 1, ZHANG Defen 1, HAN Jinli 1 ,GONG Lijie 1, CHENG Fei 1 ,ZENG Dezhi 2(1. School of Material and Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China ；2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610500, China)Abstract : In order to study the effects of different welding speeds on the forming and mechanical properties of 2A12/7075 dissimilar aluminum alloy Friction Stir Welding (FSW) joints, The impact and tensile tests were carriedout d on the welded joints at room temperature using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectrometer (EDS) to characterize the fracture morphology and composition, and the cross section of the joint wasobserved by Optical Microscope (OM). The results show that the welded joint is asymmetric , the width of advancing side is smaller than that of the retreating side. The joint impact energy is up to 18. 45 J when the weldingspeed is 120 mm/min, and the tensile strength is the best when the welding speed is 140 mm/min , which is 239. 68 MPa and the elongation is 7. 56%. With the increase of welding speed, the tendency of peeling on the surface of weld is decreased and the tendency of tunnel hole defects increased. The tensile strength and plasticity of the joint increased with the welding speed increasing. When the welding speed was 140 mm/min , the tunnel holedefect was formed in the nugget zone, which led to the decrease of joint toughness. The tensile fracture showed theupper ductile fracture and lower dissociation fracture. The EDS element analysis show had the second phase particle Mg 2 Si in the ductile fracture.Key words ：Friction Stir Welding ；dissimilar aluminum alloy ； joint forming ；mechanical property收稿日期：2018-05-25基金项目：国家自然科学基金资助项目(51774249);四川省高等学校油气田材料重点实验室基金项目(X151517KCL16)Fund : Suported by National Natural Science Fund of China(51774249) ；Sichuan Provincial Key Laboratory of Oil and Gas Field Fund projects(X151517KCL16)作者简介：余思越(1993-),男，硕士研究生，主要从事铝合金搅拌摩擦焊接工艺与机理。

7055铝合金搅拌摩擦焊工艺汤化伟;张聃;封小松;徐奎;陆剑东【摘要】利用正交试验法研究搅拌摩擦焊工艺参数对4 mm厚7055-T6铝合金对接接头力学性能和显微组织的影响.结果表明:焊接速度对接头抗拉强度影响最大,旋转速度和压入量依次减小;最优参数焊接的试样的抗拉强度为475.5 MPa,接头强度系数0.788;焊缝的显微硬度低于母材,呈“W型”分布;在正弯角约75.4°和背弯角约62.1°时出现开裂.%The effects of friction stir welding process parameters on the mechanical properties and microstructure of 4 mm thick 7055-T6 aluminum alloy were studied by adopting orthogonal test method.The results show that the effect of welding speed on the tensile strength is maximal,then the rotational speed and heel plunge depth.By using the optimal parameters,the tensile strength of the sample is up to 475.5 MPa,and the joint coefficient of strength is up to 0.788.The microhardness of weld,which is "W" distribution,is lower than the base material.At about 75.4° face bending test and 62.1° back bending test,the cracking is found in the joint.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)009【总页数】4页(P46-49)【关键词】正交试验;7055-T6铝合金;工艺参数;力学性能【作者】汤化伟;张聃;封小松;徐奎;陆剑东【作者单位】上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245【正文语种】中文【中图分类】TG453+.97055铝合金是以Al-Zn-Mg-Cu合金为主的超高强可热处理强化铝合金，具有很高的强度和硬度、良好的热加工性、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点，广泛应用于航空航天领域[1-3]。

铸态7075铝合金搅拌摩擦加工微观组织和性能研究孙焕焕;祝李洋;武小娟;丁宁;于彤彤;马寅才【摘要】采用搅拌摩擦加工技术对铸态7075铝合金进行改性加工,研究加工参数、加工道次对搅拌区宏观形貌、微观组织、力学性能及断裂机理的影响.结果表明:剧烈的塑性变形使粗大的铸态枝晶破碎,形成细小均匀的再结晶组织,化合物相弥散分布;增加搅拌摩擦加工的热输入,可获得较大的加工区组织面积,但会导致再结晶晶粒的略微长大;加工参数不变时,增加加工道次,使得加工中心区和热机影响区微观组织更加均匀,显微硬度和抗拉强度随之提高;搅拌摩擦加工后拉伸试样的断口呈现微孔聚集韧性断裂特征;细晶强化和化合物相弥散强化综合作用是搅拌摩擦加工试样力学性能提高的重要原因.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】9页(P7-15)【关键词】搅拌摩擦加工;7075铝合金;显微组织;显微硬度;抗拉强度【作者】孙焕焕;祝李洋;武小娟;丁宁;于彤彤;马寅才【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TG146搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing，FSP)是Mishra等[1]在搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，FSW)基础上演变出的一种固态加工技术。

该方法通过搅拌摩擦产生的热和塑性变形来细化晶粒，改善织构，从而提高金属材料力学性能和延展性[2]。

与其它固态加工技术相比，搅拌摩擦加工技术不直接加热工件，且不受工件形状和加工环境的限制，是一种新型、优质、环保的表面改性技术。