超細晶6061鋁合金的攪拌摩擦制備和性能

6xxx系鋁合金具有高比強度、優(yōu)良的耐蝕性和焊接性以及可加工性，在航空航天、汽車(chē)和軌道交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應用 雖然沉淀強化是這種合金的主要強化機制，但是為了保持其優(yōu)良的耐蝕性和加工性能只添加較少的合金元素，其強度與2xxx系及7xxx系鋁合金相比明顯降低 除了沉淀強化，還可通過(guò)固溶強化、位錯強化以及細晶強化等方式提高材料的強度[1] 其中的晶粒細化，是在不改變合金成分的條件下最有效的強化方式 在沉淀強化的基礎上增大晶粒細化的貢獻，可明顯提高6xxx系鋁合金的強度從而拓寬其應用范圍 在此情況下，具有優(yōu)異力學(xué)性能的超細晶及納米晶材料受到了極大的關(guān)注[2~4] 目前，劇烈塑性變形方法(Severe plastic deformation, SPD)，例如等通道轉角擠壓(Equal channel angle pressing, ECAP), 高壓扭轉(High-pressure torsion, HPT)以及累積疊扎(Accumulative roll-bonding, ARB)等，是制備致密無(wú)缺陷塊體超細晶材料的主要方法[5~8] 雖然用這些SPD方法可制備出高強度的超細晶材料，但是加工道次多、工藝復雜、工序繁瑣且SPD超細晶材料在拉伸過(guò)程中極易失穩而使其塑性降低 更為重要的是，在循環(huán)變形過(guò)程中軟化嚴重，使其疲勞性能急劇降低，極大地影響其工程應用[6] 攪拌摩擦加工(Friction stir processing, FSP)是一種新型的SPD方法，調節加工參數可一道次制備出塊體超細晶材料 這種塊體超細晶材料的組織均勻，位錯密度低，高角晶界的比例較高，其拉伸性能和疲勞性能比其它SPD超細晶明顯提高[9~14] 但是，在鋁合金的常規FSP過(guò)程中熱輸入較高，經(jīng)常使析出相溶解或粗化而使其強度降低[15] 低熱輸入的FSP，是解決析出相溶解與粗化的重要方法 熱輸入降低不僅明顯抑制析出相溶解或粗化，而且能生成更細的晶粒和引入更強的細晶強化作用[16~18] 降低工具旋轉速度或提高行進(jìn)速度可降低FSP過(guò)程熱輸入，但是容易在加工區產(chǎn)生孔洞和隧道等缺陷[19] 同時(shí)，用冷卻水輔助FSP也可明顯降低熱輸入，從而制備出強度更高而無(wú)缺陷的超細晶組織[20~22] 高熱輸入FSP使6061鋁合金中的析出相發(fā)生明顯的溶解或粗化，使材料的力學(xué)性能?chē)乐亟档?，因此本文選用小尺寸的加工工