攪拌摩擦加工5083-H321鋁合金板材的摩擦磨損性能研究.pdf

1、采用攪拌摩擦加工(Friction Stir Process，F(xiàn)SP)技術(shù)對(duì)5083-H321鋁合金板材進(jìn)行處理，借助UMT-3型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，采用球-塊式對(duì)偶往復(fù)摩擦磨損測(cè)試法，在室溫干摩擦磨損試驗(yàn)條件下，對(duì)比性地研究了5083-H321鋁合金軋制板材及其FSP處理后板材的摩擦磨損性能，探索了加載時(shí)間和載荷等參數(shù)對(duì)二者摩擦系數(shù)與磨損量的影響規(guī)律；借助掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)，觀察與檢測(cè)了不同時(shí)間及載荷下的磨損

2、面、磨屑及對(duì)偶摩擦面的形貌和化學(xué)成分，并進(jìn)一步探討了摩擦磨損機(jī)制；借助光學(xué)顯微鏡(OM)、背散射電子衍射分析儀(EBSD)及取向顯微成像分析技術(shù)(OIM)等手段，分析了FSP對(duì)5083-H321鋁合金板材組織特征的影響規(guī)律，探討了FSP技術(shù)對(duì)改善其摩擦磨損性能的機(jī)理。主要內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　 1.探明了5083-H321鋁合金板材與FSP處理后板材試樣的摩擦系數(shù)隨時(shí)間、載荷的變化規(guī)律。在初始滑動(dòng)階段，即0-600s內(nèi)，兩者的摩

3、擦系數(shù)均較為平穩(wěn)，但FSP5083的摩擦系數(shù)較早出現(xiàn)下降，并且其平均摩擦系數(shù)略小于5083-H321的平均摩擦系數(shù)；隨滑動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，即600-1500s內(nèi)，兩者的摩擦系數(shù)均逐漸減小并趨于接近；在載荷分別為20、30、35及40N下的初始滑動(dòng)階段，F(xiàn)SP5083的平均摩擦系數(shù)均略小于5083-H321的平均摩擦系數(shù)，但在整個(gè)滑動(dòng)時(shí)間段內(nèi)，載荷的影響規(guī)律不明顯。FSP加工可減低5083-H321鋁合金板材的表面摩擦系數(shù)。
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4、.探明了5083-H321鋁合金板材與FSP處理后板材試樣的磨損量隨時(shí)間、載荷的變化規(guī)律。隨滑動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，兩者的總磨損量均增加，在逐個(gè)時(shí)間段內(nèi)，兩者的磨損量逐漸減少，且FSP5083的總磨損量明顯小于5083-H321的總磨損量，兩者的磨損量差值先增大，在600s時(shí)達(dá)到最大后逐漸減?。粌烧叩哪p量隨載荷的增大而明顯增加；FSP加工對(duì)5083-H321鋁合金板材的耐磨性有明顯的改善作用。
　　 3.研究了5083-H321鋁合金

5、板材與FSP處理后板材試樣磨損表面與磨屑的形貌特征，并對(duì)摩擦磨損過(guò)程中的作用機(jī)制進(jìn)行了探討。兩者的磨損面均出現(xiàn)了磨溝、翻邊、凹坑、裂紋、碎屑等形貌特征；其中5083-H321鋁合金板材的碎屑含量較多，F(xiàn)SP5083鋁合金板材的塑性變形較為嚴(yán)重，磨屑均呈塊狀，磨屑體積隨載荷的增加而增大；通過(guò)能譜分析發(fā)現(xiàn)摩擦副表面發(fā)生了氧化，以及出現(xiàn)了試樣對(duì)摩擦對(duì)偶的粘附現(xiàn)象。磨損的主要作用機(jī)制為粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損。
　　 4.探明了FS

6、P對(duì)5083-H321鋁合金板材組織特征的影響規(guī)律，并對(duì)其成形機(jī)理進(jìn)行了分析。FSP5083鋁合金的成形性良好，無(wú)孔洞、裂紋等缺陷存在，由于熱-力作用的差異，F(xiàn)SP5083鋁合金組織可分為攪拌區(qū)、熱力影響區(qū)、熱影響區(qū)和軸肩作用區(qū)等四個(gè)區(qū)域，各區(qū)具有不同于5083鋁合金板材的組織特征，其中軸肩作用區(qū)的晶粒較5083-H321鋁合金出現(xiàn)了明顯的細(xì)化；5083-H321鋁合金主要含有黃銅織構(gòu){110}<-112>和S織構(gòu){123}<634>等

7、織構(gòu)組分，經(jīng)FSP處理后，織構(gòu)主要轉(zhuǎn)變?yōu)閧11-2}<1-10>取向，同時(shí)在與板材軋面平行的摩擦面中，晶面(111)與摩擦面平行的晶粒的含量顯著提高。
　　 5.探討了FSP加工改善5083-H321鋁合金板材摩擦磨損性能的機(jī)理。磨損表面形貌特征表明摩擦磨損過(guò)程伴隨著材料的塑性變形，軸肩作用區(qū)的細(xì)晶層可避免材料在此塑性變形過(guò)程中裂紋的過(guò)早形成和擴(kuò)展的不利影響，可在一定程度上抑制疲勞磨損，同時(shí)可增強(qiáng)摩擦過(guò)程中對(duì)摩擦面的加工硬化效果