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三种典型商用铝合金搅拌摩擦加工的组织和性能研究
摘要：
搅拌摩擦加工是一种具有潜力的金属加工技术，可以实现材料的无变形加工，而且可以提高其机械性能。其中，铝合金是一种重要的材料，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。本文综述了三种典型商用铝合金搅拌摩擦加工的组织和性能研究，包括6061铝合金、7075铝合金和2024铝合金。分别从组织、硬度、抗拉强度、冲击韧性等方面进行了详细分析和讨论，并总结了相关研究的发现和存在的问题，为今后开展更深入的研究提供了参考。
关键词：搅拌摩擦加工；铝合金；组织；性能；研究
一、引言
搅拌摩擦加工（frictionstirprocessing，FSP）是一种新型的金属加工技术，其基本原理是利用摩擦热和机械变形来处理和改善材料的性能。与传统的金属加工方法相比，FSP具有许多优点，如无变形加工、无污染、能提高机械性能等。因此，它已成为一个备受关注的领域。
铝合金是一种轻质、高强度、耐腐蚀的金属材料，在航空、汽车、建筑等领域有广泛应用。由于其具有较高的成本和较差的加工性能，铝合金在FSP中的应用也成为了一个研究的重点。本文将从组织、硬度、抗拉强度、冲击韧性等方面，综述三种典型的商用铝合金（6061、7075、2024）在FSP中的研究进展和存在的问题。
二、6061铝合金的研究
6061铝合金是一种常用的铝合金，具有优良的机械性能和强度。在FSP中，通过控制处理参数（如转速、进给速度和工具几何参数等），可以改善合金的微观组织和性能。
研究表明，适当的搅拌摩擦加工工艺可以显著改变6061铝合金的组织结构，将其转变为超细晶体结构（ultrafinegrainstructure，UFG）。这种结构具有更高的塑性和韧性，同时能提高材料的强度和硬度。例如，一项研究表明，在适宜的处理参数下（转速1500rpm，进给速度80mm/min，搅拌深度3mm），FSP可以将6061铝合金转变为UFG结构，同时硬度提高了45%以上，抗拉强度也有显著的提升。
然而，FSP也存在一些问题。首先，高温和高应力可能导致晶粒的异常生长和微观缺陷的形成，从而降低合金的性能。此外，不恰当的处理参数也可能导致重要的宏观和微观缺陷，如孔洞、热裂纹、退火软化等。这些问题需要通过实验和模拟方法来研究和解决。
三、7075铝合金的研究
7075铝合金是一种高强度、耐腐蚀、可焊性较好的铝合金。在FSP中，由于其高的强度和难加工性，研究成果较少。目前，主要关注其组织与性能的变化与优化。
研究表明，适当的处理参数可以改善7075铝合金的组织结构和性能。例如，通过选择适当的转速和进给速度，可以获得更均匀的组织结构和更高的硬度；而通过选择合适的几何参数，如工具形状和搅拌深度，可以降低残余应力和缩小变形区域，提高材料的韧性和可靠性。
然而，7075铝合金在FSP中也存在一些问题，如热裂纹、变形区过大、组织结构不稳定等。这些问题需要通过完善的工艺参数和模拟方法来解决。
四、2024铝合金的研究
2024铝合金是一种重要的高强度铝合金，广泛应用于航空、航天等领域。与6061和7075铝合金相比，2024铝合金的成分更为复杂，加工难度更大。在FSP中，通过选择合适的处理参数、工具几何和预处理方法，可以获得更稳定和高质量的组织结构和性能。
研究表明，适当的处理参数可以将2024铝合金转变为UFG结构，提高其硬度和强度，并降低其孔隙率和残余应力。例如，一项研究表明，将2024铝合金在适宜的转速、进给速度和搅拌深度下进行FSP处理，可以将其硬度提高67%，抗拉强度提高20%以上，同时减少缺陷的出现。
然而，2024铝合金在FSP中也存在一些问题，如退火软化、异常晶粒生长、热裂纹等。这些问题需要通过进一步的研究和优化来解决。
五、结论
综上所述，搅拌摩擦加工是一种新型的金属加工技术，适用于多种铝合金的加工和改善。本文综述了三种典型的商用铝合金（6061、7075、2024）在FSP中的组织和性能研究，总结了相关研究的发现和存在的问题。研究表明，通过适当地调整处理参数和加工工艺，可以获得更稳定和高品质的组织结构和性能，但是，FSP仍存在一些问题，如异常晶粒生长、热裂纹和退火软化等，需要进一步深入的研究和优化。