通过摩擦搅拌沉积（Additive Friction Stir Deposition）工艺，研究旋转速度和行进速度对Al-Mg合金微观结构及性能的协同影响

《Materials Advances》：Synergistic influence of rotational and travel speeds on microstructure and property in Al Mg alloy via Additive Friction Stir Deposition

增材摩擦搅拌沉积（AFSD）工艺通过调节工具转速和移动速度优化轻质铝合金（AA5083）的显微结构和力学性能。研究表明，高转速（800 rpm）导致高热输入，促进动态回复和晶粒粗化，而高移动速度（280 mm/min）通过增加塑性应变细化晶粒。在800 rpm/200 mm/min条件下，晶粒尺寸8.47 μm，抗拉强度（UTS）296.7 MPa，屈服强度（YS）137.2 MPa，位错强化为主；在600 rpm/280 mm/min时，晶粒细化至6.75 μm，UTS保持295 MPa，YS提升至139.1 MPa，因位错和晶界强化协同作用。低热输入与高应变率结合可优化AFSD-AlMg合金制造工艺。

　　

闫楠胡 | 雷世 | 肖一辰 | 阿希什·库马尔 | 张先坤 | 吴传松 | 高松 | 刘晓超

摘要

添加摩擦搅拌沉积（AFSD）作为一种新型的固态增材制造（AM）工艺，在使用轻质铝合金制造高完整性部件方面展现出巨大潜力。在本研究中，系统地探讨了工具旋转速度和行进速度对通过AFSD制造的AA5083合金微观结构演变和机械性能的协同影响。通过实时监测轴向力和主轴扭矩，实现了对热机械条件的原位评估，并将其与热输入、应变积累以及最终的拉伸性能进行了定量关联。该研究方法揭示了耦合工艺参数如何调节AFSD制备铝合金中的位错活动、晶粒细化及强化行为的机制。旋转速度的提高导致热输入增加，从而促进了动态恢复和晶粒粗化；相反，较高的行进速度降低了热输入同时增加了塑性应变，有助于形成更细的微观结构。在高热输入条件下（即工具旋转速度为800 rpm、行进速度为200 mm/min），沉积的AA5083合金的平均晶粒尺寸为8.47 μm，其极限抗拉强度（UTS）为296.7 MPa，屈服强度（YS）为137.2 MPa。值得注意的是，在这种条件下，位错积累是主要的强化机制。在较低热输入和较高应变条件下（即工具旋转速度为600 rpm、行进速度为280 mm/min），获得了更细的晶粒（平均尺寸为6.75 μm），同时抗拉强度（UTS）为295.0 MPa，屈服强度（YS）略有提高（139.1 MPa）。这种YS的提高归因于位错强化和晶界强化的协同作用。这些结果表明，较低的热输入结合较高的应变率可以在不牺牲机械强度的情况下改善微观结构，从而为优化AlMg合金的AFSD工艺提供了可行的策略。本研究的结果加深了人们对AFSD制备合金中工艺-结构-性能关系的理解，并为开发适用于高性能结构应用的定制工艺参数集提供了支持。