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攪拌摩擦加工(FSP)是在攪拌摩擦焊接(FSW)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型有效的加工技術(shù)，可用于材料微觀組織改性和新型材料制備。加工過(guò)程中，利用高速旋轉(zhuǎn)攪拌頭的攪拌和摩擦作用，使加工區(qū)材料混合破碎，并發(fā)生劇烈塑性變形和熱機(jī)循環(huán)作用，實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化、致密化和均勻化。FSP可破碎粗大枝晶組織和第二相，溶解沉淀相，消除鑄態(tài)缺陷，顯著改善金屬材料的性能。鋁鐵合金具有質(zhì)輕、耐熱性好和抗腐蝕等諸多優(yōu)良性能，在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。普通熔鑄鋁鐵合金中，鐵在鋁中的固溶度很低，主要生成Al3Fe等金屬間化合物。Al3Fe呈針狀或片狀，嚴(yán)重割裂基體，成為應(yīng)力集中源，顯著降低鋁鐵合金的力學(xué)性能。控制和改善含鐵相的形態(tài)、大小和分布，能使鋁鐵合金成為實(shí)用的結(jié)構(gòu)材料，提高合金性能和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，尋求有效的加工細(xì)化方法成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。目前采用高壓扭轉(zhuǎn)和等徑彎曲等強(qiáng)塑性變形方法能顯著細(xì)化組織和Al3Fe金屬間化合物，增加鐵原子在鋁基體中的固溶度，提高該合金的力學(xué)性能。不過(guò)這些方法加工工序復(fù)雜，而且得到的試樣尺寸較小，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。FSP能有效的細(xì)化合金組織，適合連續(xù)加工制備大面積的塊狀材料，是一種很有潛力的材料細(xì)化方法。因此，本文采用FSP對(duì)普通熔鑄方法制備出的鋁鐵合金進(jìn)行3道次往復(fù)加工，研究3道次加工后鋁鐵合金組織和性能的變化。
實(shí)驗(yàn)用99.9%工業(yè)純鋁和Al-20Fe中間合金為原材料，配制含鐵3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Al-3%Fe合金。合金在箱式電阻爐中用石墨坩堝熔煉，經(jīng)除氣和精煉后，于820℃在銅模中澆注成100mm×80mm×5mm板坯試樣。FSP實(shí)驗(yàn)在改造的X5032型立式升降臺(tái)銑床上進(jìn)行。攪拌頭材料為W18Cr4V，軸肩直徑為16mm，攪拌針直徑為5mm，高度為3.8mm。攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為1180r/min，焊接速度為47.5mm/min。對(duì)鑄態(tài)合金進(jìn)行3道次往復(fù)FSP。
合金鑄態(tài)組織存在大量針狀A(yù)l3Fe相，尺寸約為20～50μm。經(jīng)攪拌摩擦加工后，針狀A(yù)l3Fe相被破碎成長(zhǎng)度小于1μm的粒狀，彌散均勻分布在鋁基體中。鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈臀诲e(cuò)密度的再結(jié)晶晶粒，基體中存在細(xì)小的含鐵亞穩(wěn)相。攪拌摩擦加工后，加工區(qū)的顯微硬度較鑄態(tài)區(qū)降低，但分布較均勻。加工區(qū)合金的抗拉強(qiáng)度稍微下降，延伸率顯著增大。攪拌摩擦加工前后，合金拉伸斷口呈現(xiàn)出微孔聚合韌性斷裂特征。加工前，韌窩呈拋物線狀的撕裂韌窩，韌窩尺寸較小而且較淺，而加工后的韌窩形貌呈等軸狀。
