本文關(guān)鍵詞： 5083-H321鋁合金 攪拌摩擦加工 摩擦系數(shù) 磨損量 組織　出處：《廣東工業(yè)大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：采用攪拌摩擦加工(Friction Stir Process, FSP)技術(shù)對5083-H321鋁合金板材進(jìn)行處理,借助UMT-3型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),采用球-塊式對偶往復(fù)摩擦磨損測試法,在室溫干摩擦磨損試驗(yàn)條件下,對比性地研究了5083-H321鋁合金軋制板材及其FSP處理后板材的摩擦磨損性能,探索了加載時(shí)間和載荷等參數(shù)對二者摩擦系數(shù)與磨損量的影響規(guī)律；借助掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS),觀察與檢測了不同時(shí)間及載荷下的磨損面、磨屑及對偶摩擦面的形貌和化學(xué)成分,并進(jìn)一步探討了摩擦磨損機(jī)制；借助光學(xué)顯微鏡(OM)、背散射電子衍射分析儀(EBSD)及取向顯微成像分析技術(shù)(OIM)等手段,分析了FSP對5083-H321鋁合金板材組織特征的影響規(guī)律,探討了FSP技術(shù)對改善其摩擦磨損性能的機(jī)理。主要內(nèi)容與結(jié)果如下： 1.探明了5083-H321鋁合金板材與FSP處理后板材試樣的摩擦系數(shù)隨時(shí)間、載荷的變化規(guī)律。在初始滑動(dòng)階段,即0-600s內(nèi),兩者的摩擦系數(shù)均較為平穩(wěn),但FSP5083的摩擦系數(shù)較早出現(xiàn)下降,并且其平均摩擦系數(shù)略小于5083-H321的平均摩擦系數(shù)；隨滑動(dòng)時(shí)間的增長,即600-1500s內(nèi),兩者的摩擦系數(shù)均逐漸減小并趨于接近；在載荷分別為20、30、35及40N下的初始滑動(dòng)階段,FSP5083的平均摩擦系數(shù)均略小于5083-H321的平均摩擦系數(shù),但在整個(gè)滑動(dòng)時(shí)間段內(nèi),載荷的影響規(guī)律不明顯。FSP加工可減低5083-H321鋁合金板材的表面摩擦系數(shù)。 2.探明了5083-H321鋁合金板材與FSP處理后板材試樣的磨損量隨時(shí)間、載荷的變化規(guī)律。隨滑動(dòng)時(shí)間的增長,兩者的總磨損量均增加,在逐個(gè)時(shí)間段內(nèi),兩者的磨損量逐漸減少,且FSP5083的總磨損量明顯小于5083-H321的總磨損量,兩者的磨損量差值先增大,在600s時(shí)達(dá)到最大后逐漸減��；兩者的磨損量隨載荷的增大而明顯增加；FSP加工對5083-H321鋁合金板材的耐磨性有明顯的改善作用。 3.研究了5083-H321鋁合金板材與FSP處理后板材試樣磨損表面與磨屑的形貌特征,并對摩擦磨損過程中的作用機(jī)制進(jìn)行了探討。兩者的磨損面均出現(xiàn)了磨溝、翻邊、凹坑、裂紋、碎屑等形貌特征；其中5083-H321鋁合金板材的碎屑含量較多,FSP5083鋁合金板材的塑性變形較為嚴(yán)重,磨屑均呈塊狀,磨屑體積隨載荷的增加而增大；通過能譜分析發(fā)現(xiàn)摩擦副表面發(fā)生了氧化,以及出現(xiàn)了試樣對摩擦對偶的粘附現(xiàn)象。磨損的主要作用機(jī)制為粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損。 4.探明了FSP對5083-H321釩合金板材組織特征的影響規(guī)律,并對其成形機(jī)理進(jìn)行了分析。FSP5083鋁合金的成形性良好,無孔洞、裂紋等缺陷存在,由于熱-力作用的差異,FSP5083鋁合金組織可分為攪拌區(qū)、熱力影響[區(qū)、熱影響區(qū)和軸肩作用區(qū)等四個(gè)區(qū)域,各區(qū)具有不同于5083鋁合金板材的組織特征,其中軸肩作用區(qū)的晶粒較5083-H321鋁合金出現(xiàn)了明顯的細(xì)化；5083-H321鋁合金主要含有黃銅織構(gòu){110}-112和S織構(gòu){123}634等織構(gòu)組分,經(jīng)FSP處理后,織構(gòu)主要轉(zhuǎn)變?yōu)閧11-2}1-10取向,同時(shí)在與板材軋面平行的摩擦面中,晶面(111)與摩擦面平行的晶粒的含量顯著提高。 5.探討了FSP加工改善5083-H321鋁合金板材摩擦磨損性能的機(jī)理。磨損表面形貌特征表明摩擦磨損過程伴隨著材料的塑性變形,軸肩作用區(qū)的細(xì)晶層可避免材料在此塑性變形過程中裂紋的過早形成和擴(kuò)展的不利影響,可在一定程度上抑制疲勞磨損,同時(shí)可增強(qiáng)摩擦過程中對摩擦面的加工硬化效果,從而增強(qiáng)了抗粘著與磨粒摩擦磨損作用的效果；另一方面,由于(111)l品面為鋁合金晶粒的的密排面,具有較低的表而能,能減小摩擦對偶與試樣間的粘著系數(shù)。這兩個(gè)因素是FSP改善5083-H321鋁合金板材摩擦磨損性能的主要機(jī)制。
[Abstract]:The friction stir processing (Friction Stir, Process, FSP) of 5083-H321 Aluminum Alloy sheet processed by UMT-3 type multifunctional wear testing machine with dual ball block reciprocating friction and wear test method in friction and wear test at room temperature under dry conditions, comparative study of friction and wear properties of 5083-H321 Aluminum Alloy rolling after the treatment of FSP plate and plate, explore the loading time and load parameters on the two coefficient of friction and wear are analyzed; by means of scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS), and detected the observation of wear surface under different time and loads, wear debris and dual friction surface morphology and the chemical composition, the friction and wear mechanisms were discussed; by means of optical microscope (OM), electron backscatter diffraction (EBSD) and orientation imaging analysis technique (OIM) method, the effect of FSP on 5083-H32 The mechanism of the influence of the microstructure characteristics of 1 aluminum alloy sheet is discussed. The mechanism of FSP technology to improve its friction and wear properties is discussed. The main contents and results are as follows:
1. proven plate and FSP 5083-H321 Aluminum Alloy plate sample of friction coefficient with time and load variation. In the initial stage of 0-600s, sliding, the friction coefficient was relatively stable, but the friction coefficient of FSP5083 early decline, the average friction coefficient and the average friction coefficient is slightly less than 5083-H321; with the growth of the sliding time, namely 600-1500s, friction coefficient both decrease gradually and tend to be close in the initial load respectively; sliding phases 20,30,35 and 40N, the average friction coefficient of average friction coefficient FSP5083 were slightly less than 5083-H321, but in the entire period of sliding load, influence is not obvious in.FSP processing 5083-H321 can reduce Aluminum Alloy plate surface friction coefficient.
2. to determine the wear plates and FSP 5083-H321 Aluminum Alloy plate specimen with time variation of load. With the growth of the sliding time, the total amount of wear of both were increased in each time period, the wear loss decreased, the total amount of total amount of wear and wear FSP5083 significantly less than 5083-H321 the difference of wear both first increased and reached the maximum at 600s and then gradually decreases; the wear loss increases with load increasing obviously; have a significant role in improving the wear resistance of FSP processing on 5083-H321 Aluminum Alloy sheet.
3. on the plate with FSP 5083-H321 Aluminum Alloy plate wear surface and wear debris morphology, and the friction and wear mechanism was also discussed in detail. The wear surface of the two show the Mogou, flanging, pits, cracks, and other debris morphology; more debris content 5083-H321 Aluminum Alloy plate among them, the plastic deformation is a serious FSP5083 Aluminum Alloy sheet, debris was massive, debris volume increases with the increase of load; through spectrum analysis found that oxidation occurs on the friction surface, and the adhesion phenomenon of specimen on the friction pair. The main wear mechanisms are adhesive wear, abrasive wear and fatigue wear.
4. to determine the effect of FSP on the microstructure characteristics of 5083-H321 vanadium alloys, and the forming mechanism was analyzed by.FSP5083 Aluminum Alloy good formability, no holes, cracks and other defects, due to differences in thermal stress, FSP5083 Aluminum Alloy can be divided into stir zone, heat affected area, four area of heat affected zone and the shoulder area, the district has characteristics different from the 5083 Aluminum Alloy sheet, wherein the grain shoulder area is 5083-H321 Aluminum Alloy appeared obvious refinement; 5083-H321 Aluminum Alloy mainly contains {110}-112 brass texture and S texture and {123}634 texture components, after FSP treatment, the main texture change the {11-2}1-10 orientation, at the same time with the sheet rolling surface parallel to the friction surface, crystal face (111) and the content of the grain is parallel to the surface of friction increased significantly.
5. of FSP 5083-H321 Aluminum Alloy plate processing to improve the mechanism of the friction and wear performance. The wear surface morphology characteristics show that the friction and wear process with the plastic deformation of materials, fine grain layer of the shoulder area can avoid the material in the plastic deformation process of the adverse effects of premature crack formation and expansion, can inhibit fatigue wear to a certain extent, also can enhance the friction process of friction surface hardening effect, thereby enhancing the anti adhesive and abrasive wear and friction effect; on the other hand, because of (111) l surface for the close packed plane of the Aluminum Alloy grain, has low surface energy, can reduce the adhesion the coefficient of friction between the dual and the sample. These two factors are the main mechanism of FSP improving 5083-H321 Aluminum Alloy plate friction and wear properties.

【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH117.1

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