AZ31鎂合金薄板的無針攪拌摩擦加工

張會，王進(jìn)，李寶閣，王勇強(qiáng)，王夢婷

AZ31鎂合金薄板的無針攪拌摩擦加工

張會，王進(jìn)，李寶閣，王勇強(qiáng)，王夢婷

（青島理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東 青島 266000）

研究有針、無針攪拌摩擦加工對AZ31鎂合金薄板的微觀組織和力學(xué)性能的影響。通過攪拌摩擦加工技術(shù)（FSP）以不同的轉(zhuǎn)速對AZ31鎂合金薄板進(jìn)行加工，采用拉伸試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡、UMT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、維氏硬度機(jī)對無針攪拌加工后的AZ31鎂合金加工表面的晶粒形貌、拉伸性能、磨損性能和硬度進(jìn)行研究分析，并與同轉(zhuǎn)速有針攪拌進(jìn)行比較。無針條件下與同轉(zhuǎn)速下的有針攪拌相比，焊縫表面更加細(xì)密、美觀，無針加工下焊縫的抗拉強(qiáng)度最大為242 MPa，測得的維氏硬度最大為97.6HV，且焊縫的平均摩擦因數(shù)最小，為0.31。無針時FSP鎂合金焊縫的抗拉強(qiáng)度隨刀具轉(zhuǎn)速的提高而增大；焊縫的硬度與鎂合金母材相比有明顯的提高，且隨刀具轉(zhuǎn)速的提高，維氏硬度值逐漸降低；無針條件下獲得的AZ31鎂合金焊縫的平均摩擦因數(shù)隨刀具轉(zhuǎn)速的增加而增大，與同轉(zhuǎn)速時有針條件下獲得的焊縫的平均摩擦因數(shù)相比，無針時獲得的焊縫平均摩擦因數(shù)明顯更高；無針時獲得的焊縫表面的晶粒尺寸隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。

AZ31鎂合金薄板；攪拌摩擦加工；無針攪拌頭；力學(xué)性能；晶粒尺寸

鎂及鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱性好、阻尼減震性好和易回收利用等優(yōu)點(diǎn)[1]。鎂合金室溫下塑性差、腐蝕性差和變形困難等缺陷嚴(yán)重限制了鎂合金的應(yīng)用范圍[2-6]，對鎂合金的晶粒進(jìn)行細(xì)化是目前消除鎂合金各種缺陷的有效途徑之一[7]。鎂合金作為21世紀(jì)的綠色工程材料和目前在工程應(yīng)用中最輕的金屬材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、交通軌道、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域[8-10]。

攪拌摩擦加工（Friction Stir Processing，F(xiàn)SP）是在攪拌摩擦焊接（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型固態(tài)加工技術(shù)[11-13]，F(xiàn)SP技術(shù)通過刀具的高速旋轉(zhuǎn)與被加工材料之間相互摩擦而產(chǎn)生摩擦熱，使被加工區(qū)域的材料軟化，從而發(fā)生再結(jié)晶細(xì)化晶粒[14-15]。攪拌摩擦加工時由于攪拌刀具的高轉(zhuǎn)速對被加工的金屬材料產(chǎn)生擠壓作用，因此，被加工的金屬材料的微觀組織均勻且致密[16]。俞良良等[17]通過單道次攪拌摩擦加工技術(shù)研究了AZ31鎂合金板的微觀組織和力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行攪拌摩擦加工時，被加工區(qū)域的熱輸入量越多，晶粒的平均尺寸就越大。

目前關(guān)于利用攪拌摩擦加工來增大AZ31鎂合金在工程中的應(yīng)用范圍的研究有很多，主要集中在提高鎂合金的強(qiáng)度、硬度和塑性等方面。這些研究所用的攪拌頭主要是各種尺寸的有針攪拌頭，而無針攪拌頭的使用極少，目前還未有對薄板使用無針攪拌，且使用無針攪拌頭多為研究焊縫的表面性能。文中所用的攪拌頭為無針攪拌頭，研究了只改變攪拌頭的轉(zhuǎn)速而其他條件均不變的情況下對AZ31鎂合金進(jìn)行單道次的攪拌摩擦加工，并與其他條件均與無針條件攪拌摩擦加工時相同，且轉(zhuǎn)速相同的有針條件下的攪拌摩擦加工進(jìn)行比較。對攪拌摩擦加工后的AZ31鎂合金所獲得的焊縫，進(jìn)行力學(xué)性能和微觀組織分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料為150 mm×75 mm×1.5 mm的AZ31鎂合金板，鎂合金的化學(xué)成分如表1所示。

表1 AZ31鎂合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

Tab.1 Chemical composition of AZ31 magnesium alloy(mass fraction) %

1.2 方法

用型號為HT-JC6×8/2的攪拌摩擦焊機(jī)對鎂合金表面進(jìn)行單道次的攪拌摩擦加工。進(jìn)行攪拌摩擦加工所用的刀具如圖1所示，采用軸肩直徑為10 mm、攪拌針直徑和長度為1.2 mm的圓柱形有針攪拌頭和攪拌刀具頭直徑為10 mm且攪拌部位為同心圓的圓柱形的無針攪拌頭。

攪拌加工時的工藝參數(shù)如表2所示，攪拌加工時的進(jìn)給速度固定為200 r/min，無針條件下進(jìn)行攪拌摩擦加工時的攪拌頭下壓量固定為0.3 mm，有針條件下進(jìn)行攪拌摩擦?xí)r的下壓量固定為1.3 mm，在其他條件均不變的情況下只改變攪拌摩擦加工時攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度。進(jìn)行攪拌摩擦加工時的無針攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度分別為2000，2500，3000 r/min，有針攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為3000 r/min。

表2 進(jìn)給速度均為200 r/min的攪拌加工時的工藝參數(shù)

Tab.2 Parameters of stirring process with feed rate of 200 r/min

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

對攪拌加工結(jié)束后的AZ31鎂合金板材，用線切割的方法分別在材料的焊縫處截取不同參數(shù)的拉伸試樣。由于攪拌刀具頭的直徑為10 mm，則被加工出來的焊縫區(qū)域的寬度為10 mm，為了獲得焊縫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度，采用非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣如圖2所示，其拉伸試樣參照的是GB/T 228.1—2010中的厚度為0.1～3 mm薄板中的非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。因此，選取的焊縫區(qū)域拉伸試樣的尺寸為：長度為74 mm，寬度為8 mm。線切割后的拉伸試樣由于氧化作用導(dǎo)致邊緣呈現(xiàn)黑色，因此在進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)前，使用800目的砂紙進(jìn)行打磨，直到試樣邊緣光滑無劃痕。以1 mm/min的速度進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時，試樣易在拉伸試驗(yàn)機(jī)的裝夾位置斷裂，此時獲得的試樣的抗拉強(qiáng)度是不準(zhǔn)確的。為了避免這一現(xiàn)象可多做幾組試樣，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，選取較好的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；也可在裝夾拉伸試樣時不要太緊，適當(dāng)放松，此時的拉伸試樣也不易在裝夾處斷裂。

圖2 AZ31鎂合金焊縫區(qū)域的非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣

用線切割機(jī)截取1 mm×1 mm的金相觀察試樣，對金相觀察試樣先用精度為800的砂紙將試樣表面粗糙的痕跡進(jìn)行水磨直至打磨光滑，再使用精度為2000的砂紙繼續(xù)對金相試樣進(jìn)行水磨直到打磨至表面呈鏡面。采用體積分?jǐn)?shù)為10%的硝酸水溶液對打磨后的金相試樣在室溫下進(jìn)行腐蝕，由于工藝參數(shù)不同，金相試樣的腐蝕時間也有所不同，腐蝕后的試樣在50倍的金相顯微鏡下觀察其微觀組織。對將線切割的AZ31鎂合金焊縫試樣表面用砂紙打磨光滑并用乙醇擦拭烘干后，在載荷為10 N，時間為20 min的條件下，在UMT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對試樣進(jìn)行摩擦磨損分析，獲取摩擦因數(shù)。通過維氏硬度計(jì)獲取AZ31鎂合金焊縫試樣的維氏硬度，測試條件為將試樣表面進(jìn)行粗磨，在試樣上選取5個不同的點(diǎn)以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與分析

2.1 攪拌摩擦加工的表面形貌

AZ31鎂合金在不同的轉(zhuǎn)速下形成的攪拌摩擦加工區(qū)的宏觀形貌如圖3所示。在刀具轉(zhuǎn)速從2000 r/min提升至3000 r/min的過程中，無針刀具加工過的宏觀表面弧紋致密、形狀美觀，沒有觀察到明顯的宏觀缺陷。表明AZ31鎂合金板材在不同的轉(zhuǎn)速下都達(dá)到了一定的溫度，使塑性金屬可以充分流動，從而獲得較好的焊縫。在相同的轉(zhuǎn)速下與有針刀具相比，無針刀具加工時幾乎不產(chǎn)生飛邊，這表明無針刀具在進(jìn)行攪拌摩擦加工的過程中產(chǎn)生的溫度比有針刀具攪拌時產(chǎn)生的溫度更高，使被加工區(qū)域的金屬流動得更加迅速、均勻。由于有針刀具攪拌加工時攪拌頭輸入的瞬時熱量高于無針刀具，金屬前進(jìn)側(cè)與鎂合金母材的金屬流動方向相反，從而產(chǎn)生的相對變形較劇烈，在這種情況下有針刀具加工出來的焊縫的飛邊要多于無針刀具。

2.2 攪拌加工后的微觀組織

由金相顯微鏡測試攪拌摩擦加工后AZ31鎂合金焊縫表面的微觀組織如圖4所示。在攪拌摩擦加工過程中，由于攪拌刀具頭的旋轉(zhuǎn)和輸入溫度的共同作用，鎂合金焊縫試樣的晶粒不斷破碎并發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，且在溫度的作用下晶粒呈現(xiàn)出一定的不均勻性。從圖4可以明顯看出AZ31鎂合金母材晶粒形狀尺寸，在無針條件下，在進(jìn)給速度和攪拌頭下壓量一定的情況下，隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的提高和熱輸入量的增加，攪拌摩擦加工后得到的晶粒尺寸由本來的細(xì)小與雜亂無章逐漸變大、清晰并出現(xiàn)再結(jié)晶晶粒，晶粒的晶界從無法看出明顯的晶界到晶粒的晶界變得越來越完整。與圖4顯示的同轉(zhuǎn)速下有針的晶粒相比，有針時的晶粒尺寸明顯比無針時的晶粒尺寸小且晶粒密集，這是由于無針時的晶粒尺寸受溫度影響比受應(yīng)變速率的影響更大，而有針時的晶粒尺寸受應(yīng)變速率比受溫度的影響大。

Frigaard等[17-18]為了計(jì)算攪拌摩擦加工后的熱輸入量，總結(jié)出了熱量計(jì)算公式：

式中：α為熱輸入系數(shù)；μ為摩擦因數(shù)；ω為旋轉(zhuǎn)速度；ν為進(jìn)給速度。由式（1）可以看出，在攪拌摩擦加工過程中，輸入的熱量Q與攪拌刀具頭的旋轉(zhuǎn)速度成正比。

2.3 攪拌摩擦加工后的硬度

由維氏硬度計(jì)測得AZ31鎂合金板材的硬度為77.4HV，測得無針條件下轉(zhuǎn)速為2000，2500，3000 r/min的硬度值分別為97.6HV，94.6HV，86.6HV，有針條件下轉(zhuǎn)速為3000 r/min的硬度值為73.3HV。測試結(jié)果表明，在無針條件下經(jīng)攪拌摩擦加工后的AZ31鎂合金焊縫硬度與鎂合金母材相比得到了明顯提高；無針條件下焊縫區(qū)域的硬度隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，這是由于隨著轉(zhuǎn)速的升高，焊縫處的熱輸入量升高，焊縫區(qū)域的晶粒尺寸變大，使焊縫區(qū)域的硬度降低。同轉(zhuǎn)速下有針條件下的焊縫區(qū)域的硬度低于無針條件下的硬度，且低于母材的硬度。

2.4 攪拌摩擦加工后的拉伸

由拉伸試驗(yàn)機(jī)測得AZ31鎂合金焊縫區(qū)域拉伸試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示。拉伸試驗(yàn)機(jī)測得無針條件下轉(zhuǎn)速為2000，2500，3000 r/min的抗拉強(qiáng)度為210，239，242 MPa，伸長率為0.11%，0.10%，0.09%；有針條件下轉(zhuǎn)速為3000 r/min時的抗拉強(qiáng)度為188 MPa，伸長率為0.07%。由此可以看出，無針條件下焊縫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速的升高而增加，抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到242 MPa，最低為210 MPa；有針條件下轉(zhuǎn)速為3000 r/min的抗拉強(qiáng)度為188 MPa。結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速增加的過程中，無針條件下獲得的焊縫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度逐漸增大。這與焊縫區(qū)域的表面粗糙程度有關(guān)，表面越粗糙則焊縫表面的細(xì)紋越多，在進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時會在細(xì)紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而發(fā)生斷裂。隨著轉(zhuǎn)速的增加，焊縫區(qū)域的晶粒尺寸逐漸變大，焊縫區(qū)域表面變光滑，因此進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時不會因表面的細(xì)紋而發(fā)生斷裂。與有針條件下轉(zhuǎn)速為3000 r/min時相比，同轉(zhuǎn)速下無針時獲得的焊縫區(qū)域的抗拉強(qiáng)度更高，也與焊縫區(qū)域的表面粗糙程度有關(guān)。無針條件下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，伸長率逐漸降低，這是由焊縫區(qū)域的晶粒尺寸逐漸變大且晶粒分布不均勻?qū)е碌摹?/p>

2.5 攪拌摩擦加工后的焊縫摩擦磨損

測試攪拌摩擦加工后AZ31鎂合金焊縫區(qū)域的摩擦因數(shù)如圖6所示。測得的無針條件下轉(zhuǎn)速為2000，2500，3000 r/min的平均摩擦因數(shù)為0.39，0.31，0.52，有針條件下轉(zhuǎn)速為3000 r/min時的平均摩擦因數(shù)為0.29。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無針條件下隨著轉(zhuǎn)速的提高，焊縫處的熱輸入量逐漸增加，且焊縫處的散熱不夠迅速，使焊縫區(qū)域的摩擦因數(shù)逐漸增大，焊縫表面變得越來越粗糙。與有針條件下相比，有針時攪拌得更加均勻，且散熱較快使再結(jié)晶晶粒增多，因此相同的轉(zhuǎn)速下有針時的平均摩擦因數(shù)更小，即同轉(zhuǎn)速下有針時獲得的焊縫表面比無針時更光滑。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下的焊縫應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 不同轉(zhuǎn)速下的摩擦磨損曲線

3 結(jié)論

1）采用無針進(jìn)行攪拌摩擦加工時獲得的AZ31鎂合金的拉伸、硬度等力學(xué)性能更強(qiáng)。

2）同轉(zhuǎn)速下無針時的攪拌摩擦加工獲得的拉伸、硬度等力學(xué)性能明顯比有針時獲得的力學(xué)性能更強(qiáng)，但同轉(zhuǎn)速下有針時獲得的平均摩擦因數(shù)比無針時低。

3）無針條件下隨著熱輸入量的增加，攪拌摩擦加工后的晶粒尺寸由細(xì)小密集逐漸變大且不均勻，與同轉(zhuǎn)速下的有針時相比，無針時攪拌得更加均勻，更易發(fā)生晶粒的再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化。

[1] 喬柯, 王晨曦, 劉明霞, 等. 攪拌摩擦加工AZ31超細(xì)晶鎂合金超塑性行為[J]. 塑性工程學(xué)報(bào), 2021, 28(4): 105-111.

QIAO Ke, WANG Chen-xi, LIU Ming-xia, et al. Superplastic Behavior of Ultrafine Grained AZ31 Magnesium Alloy by Friction Stir Processing[J]. Journal of Plasticity Engineering, 2021, 28(4): 105-111.

[2] 張聰國, 張大童, 邱誠, 等. 多道次攪拌摩擦加工AZ31鎂合金寬板的組織與性能[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2020, 41(4): 47-53.

ZHANG Cong-guo, ZHANG Da-tong, QIU Cheng, et al. Microstructure and Mechanical Properties of AZ31 Magnesium Alloy Plate Prepared by Multi-Pass Friction Stir Processing[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2020, 41(4): 47-53.

[3] MEHDI Z, BESHARATI G M K, SALAMIA P. Effect of Processing Parameters on Fabrication of Al-Mg/Cu Composites via Friction Stir Processing[J]. Materials and Design, 2012, 39(39): 358-365.

[4] PAN Fu-sheng, YANG Ming-bo, CHEN Xian-hua. A Review on Casting Magnesium Alloys: Modification of Commercial Alloys and Development of New Alloys[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2016(12): 1211-1221.

[5] LUO Z A, XIE G M, MA Z Y, et al. Effect of Yttrium Addition on Microstructural Characteristics and Superplastic Behavior of Friction Stir Processed ZK60 Alloy[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2013, 29: 1116-1122.

[6] SONG J F, SHE J, CHEN D L, et al. Latest Research Advances on Magnesium and Magnesium Alloys Worldwide[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2020, 8: 1-41.

[7] 李天麒, 閆原原, 謝輝, 等. 攪拌摩擦加工制備鎂合金表面復(fù)合層的顯微組織和力學(xué)性能[J]. 鍛壓技術(shù), 2019, 44(5): 162-168.

LI Tian-qi, YAN Yuan-yuan, XIE Hui, et al. Microstructure and Mechanical Properties of Mg Alloy Surface Composite Layer Fabricated by Friction Stir Processing[J]. Forging & Stamping Technology, 2019, 44(5): 162-168.

[8] 陳洪美, 廖斯恩, 李曉文, 等. 攪拌摩擦加工制備Nano-ZrO2增強(qiáng)AZ31鎂基復(fù)合材料及其力學(xué)性能分析[J]. 稀有金屬, 2020, 44(3): 273-280.

CHEN Hong-mei, LIAO Si-en, LI Xiao-wen, et al. Preparation and Mechanical Properties of Nano-ZrO2Reinforced AZ31 Magnesium Matrix Composites by Friction Stirring Processing[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2020, 44(3): 273-280.

[9] 謝廣明, 馬宗義, 薛鵬, 等. 工具轉(zhuǎn)速對攪拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Zr耐熱鎂合金超塑性行為的影響[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2018, 54(12): 1745-1755.

XIE Guang-ming, MA Zong-yi, XUE Peng, et al. Effects of Tool Rotation Rates on Superplastic Deformation Behavior of Friction Stir Processed Mg-Zn-Y-Zr Alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2018, 54(12): 1745- 1755.

[10] 王楠楠, 曹麗杰, 殷凱. 攪拌摩擦加工對AM60B鎂合金高溫摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2020, 45(8): 107-114.

WANG Nan-nan, CAO Li-jie, YIN Kai. Effect of Friction Stir Processing on High Temperature Friction and Wear Properties of AM60B Magnesium Alloy[J]. Lubrication Engineering, 2020, 45(8): 107-114.

[11] MISH R A R S, MAHONEY M W. Friction Stir Processing: a New Grain Refinement Technique to Achieve High Strain Rate Superplasticity in Commercial Alloys[J]. Materials Science Forum, 2001, 357/358/359: 507-514.

[12] MISH R S, MA Z Y. Friction Stir Welding and Prcessing[J]. Material Science and Engineering A, 2005, 50: 1.

[13] SHARMA V, PRAKASH U, MANOJ KUMAR B V. Surface Composites by Friction Stir Processing: A Review[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2015, 224: 117-134.

[14] LIU F J, JI Y, MENG Q S, et al. Microstructure and Corrosion Resistance of Laser Cladding and Friction Stir Processing Hybrid Modification Al-Si Coatings on AZ31B[J]. Vacuum, 2016, 133: 31-37.

[15] 朱永成, 左立生, 顧勝宇, 等. 攪拌摩擦加工研究進(jìn)展[J]. 表面技術(shù), 2018, 47(4): 221-229.

ZHU Yong-cheng, ZUO Li-sheng, GU Sheng-yu, et al. Research Progress in Friction Stir Processing[J]. Surface Technology, 2018, 47(4): 221-229.

[16] 劉奮軍, 張媛媛, 劉建勃, 等. 鎂合金表面高轉(zhuǎn)速攪拌摩擦加工區(qū)的微觀組織和耐腐蝕性能[J]. 表面技術(shù), 2021, 50(3): 330-337.

LIU Fen-jun, ZHANG Yuan-yuan, LIU Jian-bo, et al. Microstructure and Corrosion Resistance of High Rotating Speed Friction Stir Processed Zone on Magnesium Alloy[J]. Surface Technology, 2021, 50(3): 330-337.

[17] 俞良良, 張鄭, 王快社, 等. 攪拌摩擦加工對AZ31鎂合金微觀組織及力學(xué)性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2018, 32(8): 1289-1293.

YU Liang-liang, ZHANG Zheng, WANG Kuai-she, et al. Effect of Friction Stir Processing on Microstructure and Mechanical Properties of AZ31 Magnesium Alloy[J]. Materials Review, 2018, 32(8): 1289-1293.

[18] FRIHAARD Q, GRONG Q, MILDING O T. A Process of Friction Stir Welding of Age Harding Aluminum Alloy[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2001, 32(5): 1189.

Needleless Friction Stir Processing of AZ31 Magnesium Alloy Sheet

ZHANG Hui, WANG Jin, LI Bao-ge, WANG Yong-qiang, WANG Meng-ting

(School of Mechanical and Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266000, Shandong)

The work aims to study the effect of needle and needleless friction stir processing on the microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy sheet. AZ31 magnesium alloy sheet was processed by friction stir processing (FSP) at different speed. The grain morphology, tensile properties, wear properties and hardness of AZ31 magnesium alloy surface after needleless stirring were studied and analyzed by tensile testing machine, metallographic microscope, UMT friction and wear testing machine and Vickers hardness machine, and then compared with those of sheet after needle stirring at the same speed. Compared with the sheet under needle stirring at the same speed, the weld surface under needleless stirring was more fine and beautiful. Under needleless processing, the maximum tensile strength of the weld was 242 MPa, the maximum Vickers hardness was 97.6HV, and the average friction coefficient was the lowest, just 0.31. The tensile strength of FSP magnesium alloy weld under needleless stirring increases with the increase of tool speed. The hardness of weld is obviously higher than that of magnesium alloy base metal, and the Vickers hardness decreases with the increase of tool speed. The average friction coefficient of AZ31 magnesium alloy weld obtained under needleless processing increases with the increase of tool speed. Compared with the average friction coefficient of weld obtained under needle processing at the same speed, the average friction coefficient of weld obtained under needleless processing is significantly higher. The grain size of weld surface obtained under needleless processing increases with the increase of speed.

AZ31 magnesium alloy sheet; friction stir processing; needleless stirring head; mechanical properties; grain size

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.03.011

TG456.9

A

1674-6457(2022)03-0087-07

2021-07-07

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019GGX102023）

張會（1996—），女，碩士生，主要研究方向?yàn)殒V合金攪拌摩擦加工。

王進(jìn)（1978—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)闈u進(jìn)成形、旋壓成形和攪拌摩擦焊。