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5083-H321鋁合金板材進行處理，借助UMT-3型多功能摩擦磨損試驗機，采用球-塊式對偶往復(fù)摩擦磨損測試法，在室溫干摩擦磨損試驗條件下，對比性地研究了5083-H321鋁合金軋制板材及其FSP處理后板材的摩擦磨損性能，探索了加載時間和載荷等參數(shù)對二者摩擦系數(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)，觀察與檢測了不同時間及載荷下的磨損

2、面、磨屑及對偶摩擦面的形貌和化學成分，并進一步探討了摩擦磨損機制；借助光學顯微鏡(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)對改善其摩擦磨損性能的機理。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)隨時間、載荷的變化規(guī)律。在初始滑動階段，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)；隨滑動時間的增長，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)，但在整個滑動時間段內(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間、載荷的變化規(guī)律。隨滑動時間的增長，兩者的總磨損量均增加，在逐個時間段內(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時達到最大后逐漸減??；兩者的磨損量隨載荷的增大而明顯增加；FSP加工對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，并對摩擦磨損過程中的作用機制進行了探討。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重，磨屑均呈塊狀，磨屑體積隨載荷的增加而增大；通過能譜分析發(fā)現(xiàn)摩擦副表面發(fā)生了氧化，以及出現(xiàn)了試樣對摩擦對偶的粘附現(xiàn)象。磨損的主要作用機制為粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損。
　　 4.探明了FS

6、P對5083-H321鋁合金板材組織特征的影響規(guī)律，并對其成形機理進行了分析。FSP5083鋁合金的成形性良好，無孔洞、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理。磨損表面形貌特征表明摩擦磨損過程伴隨著材料的塑性變形，軸肩作用區(qū)的細晶層可避免材料在此塑性變形過程中裂紋的過早形成和擴展的不利影響，可在一定程度上抑制疲勞磨損，同時可增強摩擦過程中對摩擦面的加工硬化效果