搅拌摩擦加工镁合金强韧性及阻尼性能研究(附件)【字数：11711】
摘 要摘 要本文采用不同加工参数下的搅拌摩擦加工技术（FSP）对AZ31镁合金板进行加工，研究搅拌摩擦加工对AZ31镁合金的组织、力学性能和阻尼性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、XRD分析镁合金宏观形貌，微观组织演变；采用拉伸测试及硬度测试研究搅拌摩擦加工后镁合金的力学性能；采用阻尼测试技术研究搅拌摩擦加工对镁合金应变-阻尼和温度阻尼的影响。AZ31镁合金经过搅拌摩擦加工后，在搅拌摩擦区宏观组织较好，没有发生明显的缺陷，并且透漏出了金属光泽。随着搅拌针旋转速度的增加，搅拌后合金表面金属光泽明显。1300,1500和1700rpm所对应的平均晶粒尺寸分别为19.52μm，20.83μm和22.65μm。镁合金经过搅拌摩擦加工以后，AZ31镁合金的抗拉强度整体下降，但是延伸率整体提高。我们分析得出了1500rpm下搅拌摩擦加工后镁合金的延伸率，低应变阻尼值Q0-1（ε=10-4）和高应变阻尼值QH-1（ε=10-3）分别增加了121.44%, 5.02% 和7.49 % 。经过搅拌摩擦加工后的镁合金高应变阻尼值分别是0.0222，0.0264，0.02037，相比较于母材阻尼值，只有经过1500rpm的镁合金其高应变阻尼值增加7.49 %。所以当搅拌摩擦加工采用1500rpm时，AZ31镁合金获得了更好的阻尼性能。关键词搅拌摩擦加工；镁合金；微观组织；阻尼性能;宏观形貌；力学性能
目录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究目的及意义 1
1.2 镁合金的特点及发展前景 1
1.2.1镁合金的特点 1
1.2.2 镁合金的发展前景 2
1.3 镁合金的强化机制 2
1.4 搅拌摩擦加工技术 3
1.4.1 搅拌摩擦加工技术原理 3
1.4.2 搅拌摩擦加工的影响因素 4
1.4.3 搅拌摩擦加工技术的作用 5
1.5 搅拌摩擦加工工艺的发展现状 6
1.5.1 研究现状 6
1.5.2 发展方向 7
1.6 本课题选题意义和研究内容 8
1.6.1 选题意义 8
1.6.2 研究内容 8
第二章 试验材料与方法 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
9
2.1实验材料 9
2.2 搅拌摩擦加工技术 9
2.2.1 搅拌摩擦加工设备介绍 9
2.2.2 搅拌摩擦加工过程 10
2.3 试验流程介绍 11
2.4 分析测试方法 11
2.4.1光学显微组织观察 11
2.4.2 SEM显微组织观察 12
2.4.3 X射线衍射分析 12
2.4.4 硬度测试 12
2.4.5 室温拉伸性能测试 12
2.4.6 阻尼性能测试 12
第三章 搅拌摩擦加工镁合金显微组织和力学性能 14
3.1 搅拌摩擦加工（FSP）镁合金组织分析 14
3.2 搅拌摩擦加工对镁合金组织的影响 15
3.2.1 搅拌摩擦加工后镁合金的宏观形貌 15
3.2.2 搅拌摩擦加工处理后AZ31镁合金不同区域的典型组织 16
3.3 不同搅拌摩擦加工参数对AZ31镁合金显微组织的影响 16
3.4 搅拌摩擦加工对镁合金力学性能的影响 17
3.4.1 不同转速条件下搅拌摩擦加工镁合金的显微硬度 17
3.4.2 室温拉伸性能 18
3.4.3 搅拌摩擦加工镁合金的拉伸断口分析 19
第四章 搅拌摩擦加工镁合金的阻尼性能 20
4.1 前言 20
4.2 搅拌摩擦加工对镁合金应变阻尼性能的影响 20
4.2.1搅拌摩擦加工对应变阻尼的影响 20
4.2.2 应变阻尼的机理分析 21
4.3 搅拌摩擦加工对镁合金温度阻尼的影响 23
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪 论
1.1 课题研究目的及意义
在最近几年，随着科技的不断进步，有很多实用的金属材料不断被广大材料工作者发现，其中镁及其合金扮演着十分重要的角色，拥有着非常广阔的前景和相当重要的价值。所以它在汽车，军事，航天等领域有着很好的发展前景。正因为如此镁合金才被称为21世纪的“绿色”工程材料［1,2］。
搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP）作为一种新型的大塑性变形（Severe plastic deformation,SPD）技术，可以显著改善被加工材料的性能和微观组织结构，目前该项技术已成功应用于镁、铝等合金。搅拌摩擦加工实际上是从搅拌摩擦焊演变而来，又称搅拌摩擦处理。回到镁合金当中，经过搅拌摩擦加工后的镁合金具有比强度和比刚度高、减振性能良好、阻尼性能优异的特点。因此我们有必要去研究经过搅拌摩擦加工后的镁合金的强韧性和阻尼性能。
1.2 镁合金的特点及发展前景
1.2.1镁合金的特点
密度低，而且比强度和比刚度较高。镁合金的密度大概是铝的2/3，钢的1/4，是实际应用中最轻的金属材料。
良好的散热性。首先镁合金的导热性能好，镁合金作为电子设备的外壳，它可以把内部电子元器件所散发出的热量以较快速度导出，这样就可以避免电子元器件因为工作中散发的热量产生的高温损坏器件。
吸震性能好，有助于减轻震动和减少噪音污染。由于镁合金塑性好，在受到外力作用时较易产生大的变形，从而让工件应力分布更均匀。在镁合金弹性范围内，当受到冲击载荷时，镁合金能吸收的能量比铝合金要多50%。
铸造适应性强，除砂型铸造外，镁合金还可用于金属型铸造、压力铸造等几乎所有的铸造工艺。
1.2.2 镁合金的发展前景
镁合金有很多优异的性能，这也让它在笔记本电脑、数码相机、飞机、自行车等领域有着广泛的应用[3]。瑞典最新推出的沃尔沃CP2000车型车身净重700kg，其中所用的镁合金材料就达到了50kg，包括离合器箱、转向齿轮箱、发动机架、气缸体等重要部件[4]。其次由北京首特钢远东镁合金制品公司开发出了“远东美”镁合金自行车，车架由镁合金压铸而成，其余部件为铝合金，车身重量约为10kg，现已上市[5]。目前中国的联想、华硕等笔记本电脑也在1999年起部分采用了镁合金外壳。另外，镁合金作为生物医用材料也有着很好的市场前景。镁合金作为硬组织植入材料，有着很多其他材料没有的优点，比如：密度小(约为1.7g/cm3，十分接近人体骨质密度1.75g/cm3)、加工性能好、弹性模量较低、比强度和比刚度高等。另外，镁合金也可以参与人体内部骨细胞的形成，加速骨的愈合能力等[6]。
1.3 镁合金的强化机制
工业纯镁的力学性能和室温塑性都较差，并不能直接用作工程材料。通过合金化，晶粒细化，变形与热处理等方法的运用，镁合金的力学性能将会得到大幅度的提高，下面是几种镁合金强化途径：
目录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究目的及意义 1
1.2 镁合金的特点及发展前景 1
1.2.1镁合金的特点 1
1.2.2 镁合金的发展前景 2
1.3 镁合金的强化机制 2
1.4 搅拌摩擦加工技术 3
1.4.1 搅拌摩擦加工技术原理 3
1.4.2 搅拌摩擦加工的影响因素 4
1.4.3 搅拌摩擦加工技术的作用 5
1.5 搅拌摩擦加工工艺的发展现状 6
1.5.1 研究现状 6
1.5.2 发展方向 7
1.6 本课题选题意义和研究内容 8
1.6.1 选题意义 8
1.6.2 研究内容 8
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2.1实验材料 9
2.2 搅拌摩擦加工技术 9
2.2.1 搅拌摩擦加工设备介绍 9
2.2.2 搅拌摩擦加工过程 10
2.3 试验流程介绍 11
2.4 分析测试方法 11
2.4.1光学显微组织观察 11
2.4.2 SEM显微组织观察 12
2.4.3 X射线衍射分析 12
2.4.4 硬度测试 12
2.4.5 室温拉伸性能测试 12
2.4.6 阻尼性能测试 12
第三章 搅拌摩擦加工镁合金显微组织和力学性能 14
3.1 搅拌摩擦加工（FSP）镁合金组织分析 14
3.2 搅拌摩擦加工对镁合金组织的影响 15
3.2.1 搅拌摩擦加工后镁合金的宏观形貌 15
3.2.2 搅拌摩擦加工处理后AZ31镁合金不同区域的典型组织 16
3.3 不同搅拌摩擦加工参数对AZ31镁合金显微组织的影响 16
3.4 搅拌摩擦加工对镁合金力学性能的影响 17
3.4.1 不同转速条件下搅拌摩擦加工镁合金的显微硬度 17
3.4.2 室温拉伸性能 18
3.4.3 搅拌摩擦加工镁合金的拉伸断口分析 19
第四章 搅拌摩擦加工镁合金的阻尼性能 20
4.1 前言 20
4.2 搅拌摩擦加工对镁合金应变阻尼性能的影响 20
4.2.1搅拌摩擦加工对应变阻尼的影响 20
4.2.2 应变阻尼的机理分析 21
4.3 搅拌摩擦加工对镁合金温度阻尼的影响 23
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪 论
1.1 课题研究目的及意义
在最近几年，随着科技的不断进步，有很多实用的金属材料不断被广大材料工作者发现，其中镁及其合金扮演着十分重要的角色，拥有着非常广阔的前景和相当重要的价值。所以它在汽车，军事，航天等领域有着很好的发展前景。正因为如此镁合金才被称为21世纪的“绿色”工程材料［1,2］。
搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP）作为一种新型的大塑性变形（Severe plastic deformation,SPD）技术，可以显著改善被加工材料的性能和微观组织结构，目前该项技术已成功应用于镁、铝等合金。搅拌摩擦加工实际上是从搅拌摩擦焊演变而来，又称搅拌摩擦处理。回到镁合金当中，经过搅拌摩擦加工后的镁合金具有比强度和比刚度高、减振性能良好、阻尼性能优异的特点。因此我们有必要去研究经过搅拌摩擦加工后的镁合金的强韧性和阻尼性能。
1.2 镁合金的特点及发展前景
1.2.1镁合金的特点
密度低，而且比强度和比刚度较高。镁合金的密度大概是铝的2/3，钢的1/4，是实际应用中最轻的金属材料。
良好的散热性。首先镁合金的导热性能好，镁合金作为电子设备的外壳，它可以把内部电子元器件所散发出的热量以较快速度导出，这样就可以避免电子元器件因为工作中散发的热量产生的高温损坏器件。
吸震性能好，有助于减轻震动和减少噪音污染。由于镁合金塑性好，在受到外力作用时较易产生大的变形，从而让工件应力分布更均匀。在镁合金弹性范围内，当受到冲击载荷时，镁合金能吸收的能量比铝合金要多50%。
铸造适应性强，除砂型铸造外，镁合金还可用于金属型铸造、压力铸造等几乎所有的铸造工艺。
1.2.2 镁合金的发展前景
镁合金有很多优异的性能，这也让它在笔记本电脑、数码相机、飞机、自行车等领域有着广泛的应用[3]。瑞典最新推出的沃尔沃CP2000车型车身净重700kg，其中所用的镁合金材料就达到了50kg，包括离合器箱、转向齿轮箱、发动机架、气缸体等重要部件[4]。其次由北京首特钢远东镁合金制品公司开发出了“远东美”镁合金自行车，车架由镁合金压铸而成，其余部件为铝合金，车身重量约为10kg，现已上市[5]。目前中国的联想、华硕等笔记本电脑也在1999年起部分采用了镁合金外壳。另外，镁合金作为生物医用材料也有着很好的市场前景。镁合金作为硬组织植入材料，有着很多其他材料没有的优点，比如：密度小(约为1.7g/cm3，十分接近人体骨质密度1.75g/cm3)、加工性能好、弹性模量较低、比强度和比刚度高等。另外，镁合金也可以参与人体内部骨细胞的形成，加速骨的愈合能力等[6]。
1.3 镁合金的强化机制
工业纯镁的力学性能和室温塑性都较差，并不能直接用作工程材料。通过合金化，晶粒细化，变形与热处理等方法的运用，镁合金的力学性能将会得到大幅度的提高，下面是几种镁合金强化途径：
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