搅拌摩擦加工与热处理时序对电弧增材制造铝合金微观结构演变及力学性能的影响机制研究

本综述系统探讨了搅拌摩擦加工（FSP）与固溶时效热处理不同时序组合对电弧增材制造（WAAM）ZL205A铝合金组织性能的调控机制。研究表明，FSP→固溶→时效（FSA）工艺虽可实现最高抗拉强度（425.4 MPa），但因动态再结晶细晶组织在固溶过程中发生异常晶粒长大（AGG）导致延伸率骤降至3.3%。而先热处理后FSP（SAF/SFA）工艺能保持超细晶结构（2.88-3.10 μm），使延伸率提升至20%以上，为优化增材制造铝合金强塑性匹配提供重要理论依据。

　　

Highlight

本研究创新性地将搅拌摩擦加工（FSP）应用于不同固溶-时效阶段的WAAM制备205A铝合金，建立了优化工艺序列。该方法显著...

Experimental procedures

本研究采用直径1.2 mm的ER205A铝合金焊丝（Cu-5.15wt%, Mn-0.42wt%, Ti-0.28wt%, Cd-0.22wt%, Zr-0.16wt%, B-0.03%, V-0.12%）作为原料，并选用200×200×15 mm的2219铝合金板（Cu-5.87wt%, Mn-0.22wt%, Ti-0.02wt%, Zr-0.21wt%, V-0.06%）作为WAAM基底。两种材料的标准化学成分汇总于表1。

沉积前，通过机械研磨和丙酮化学清洗处理基板表面以去除氧化层，同时...

Microstructure observations

图2通过光学显微镜展示了不同处理序列后搅拌区（SZ）附近的宏观和微观结构特征。图2(a)呈现了沉积态（AD）铝合金的微观结构特点，显示出粗大与细小晶粒交替排列的格局，并伴有大量气孔存在。图2(b)展示了经SA处理后的微观结构。热处理后气孔依然存在，且...

Macrostructure

如图3所示，与SAF和SFA工艺相比，FSA过程在宏观尺度上引发了异常晶粒长大（AGG）。相较于AD样品，FSA、SAF和SFA工艺均显著降低了搅拌区（SZ）的气孔率并致密化了微观结构。然而经SA处理后的微观结构仍保持不均匀性，表现为粗细晶粒交替分布的特征。这主要是因为SA处理主要涉及粗大网状θ相的溶解和细小亚稳相的析出...

Conclusions

本研究对WAAM制备的205A铝合金板材施加了不同序列的固溶时效处理与FSP组合工艺，分析了各处理序列下的宏观组织、微观结构和力学性能变化，得出以下结论：

（1）本研究开创性地将FSP应用于不同固溶-时效阶段（FSA/SAF/SFA）的WAAM制备205A铝合金，建立了优化工艺序列。该方法显著...