赵凯等：搅拌摩擦加工F钢的组织性能 ·1579* 成应力集中，当应力达到某一临界值后微孔便会在位 长，微孔钝化，微孔间的材料以内颈缩的方式断裂网， 错塞积处形核和长大，这是裂纹扩展的起源点，随着塑 从而使搅拌摩擦加工后材料的强度较母材升高，但塑 性变形的继续，微孔间金属继续变形，材料被局部拉 性却有所降低. (e) 图6拉伸断口扫描电镜照片.(a)母材：(b)细晶层：(a)过渡层 Fig.6 SEM images of tensile fracture:(a)base metal:(b)FSPed IF steel with a surface fine-grained layer:(c)FSPed IF steel without any sur- face fine-grained layer grained metals.Mater Sci Eng A,1997,234 (97):59 3结论 [5]Du Y X,Zhang X M.Severe plastic deformation methods for ul- (1)采用氩气保护干冰乙醇强制冷却技术成功实 tra-ine grained materials.Mater Rer,2006,20(Suppl 2):241 (杜予晅，张新明。强变形制备超细品金属材料的方法.材料 现对F钢的搅拌摩擦加工，在横截面形成盆状的加工 导报，2006,20（增刊2）：241) 区域，加工后组织显著细化，平均晶粒尺寸从45um细 6 Mishra R S,Ma Z Y.Friction stir welding and processing.Mater 化为5~10um,并在表面形成约60μm厚的细晶层，晶 Sci Eng R,2005,50(12):1 粒尺寸最小在1m以下. [7]Kumar N,Mishra R S,Huskamp C S,et al.Microstructure and (2)搅拌摩擦加工后显微硬度显著提高，并沿厚 mechanical behavior of friction stir processed ultrafine grained Al- 度方向呈梯度分布，加工中心的平均显微硬度约为 Mg-Se alloy.Mater Sci Eng A,2011,528(18):5883 HV135.6,是母材硬度的1.4倍，表面细晶层硬度最高 8] Hofmann D C,Vecchio K S.Submerged friction stir processing (SFSP):an improved method for creating ultra-fine-grained bulk 可达到HV312.8.细晶层和过渡层的抗拉强度分别 materials.Mater Sci Eng A,2005,402(12):234 为474.2和463.2MPa,比母材分别提高50.9%和 9]Rhodes C G.Mahoney M W,Bingel W H,et al.Fine-grain evo- 47.6%,加工后材料的延伸率相比母材均有所降低. lution in friction-stir processed 7050 aluminum.Scripta Mater, 晶粒细化是搅拌摩擦加工后材料抗拉强度提高的主要 2003,48(10):1451 原因. [10]Chang C L,Du X H,Huang J C.Achieving ultrafine grain size (3)搅拌摩擦加工前后试样的拉伸断口均呈微孔 in Mg-Al-Zn alloy by friction stir processing.Scripta Mater, 2007,57(3):209 聚合韧性断裂特征，但搅拌摩擦加工试样拉伸断口的 [11]Chang C L,Du X H,Huang J C.Producing nanograined micro- 韧窝比母材的更细更浅，其中细晶层试样断口的韧窝 structure in Mg-Al-Zn alloy by two-step friction stir processing. 细化更为明显 Scripta Mater,2008,59(3):356 参考文献 [12]Su J Q,Nelson T W,Sterling C J.Friction stir processing of largetrea bulk UFG aluminum alloys.Scripta Mater,2005,52 Wong Y Q.Fundamental project on new generation of iron and (2):135 steel materials.China Basic Sci,2000(1):15 03] Su J Q,Nelson T W,MeNelley T R,et al.Development of (翁宇庆.新一代钢铁材料的重大基础研究.中国基础科学， nanocrystalline structure in Cu during friction stir processing 2000(1):15) (FSP).Mater Sci Eng A,2011,528(16-17)5458 2] Li S H,Li J.Progress in research of high strength IF steel for au- [14]Xue P.Xiao B L,Wang W G,et al.Achieving ultrafine dual- tomotive applications.Shanghai Met,2007,29(5):66 phase structure with superior mechanical property in friction stir (李守华，李俊.汽车用高强度F钢的研究进展.上海金属， processed plain low carbon steel.Mater Sci Eng A,2013, 2007,29(5):66) 575(28):30 B]Song R,Ponge D,Raabe D,et al.Overview of processing,mi- 05]Ueji R,Fujii H,Cui L,et al.Friction stir welding of ultrafine crostructure and mechanical properties of ultrafine grained bec grained plain low-carbon steel formed by the martensite process steels.Mater Sci Eng A,2006,441 (12):1 Mater Sci Eng A,2006,423(1-2):324 [4]Valiev R Z.Structure and mechanical properties of ultrafine- 6]Mehranfar M,Dehghani K.Producing nanostructured superaus-赵 凯等: 搅拌摩擦加工 IF 钢的组织性能 成应力集中，当应力达到某一临界值后微孔便会在位 错塞积处形核和长大，这是裂纹扩展的起源点，随着塑 性变形的继续，微孔间金属继续变形，材料被局部拉 长，微孔钝化，微孔间的材料以内颈缩的方式断裂［26］， 从而使搅拌摩擦加工后材料的强度较母材升高，但塑 性却有所降低． 图 6 拉伸断口扫描电镜照片 . ( a) 母材; ( b) 细晶层; ( a) 过渡层 Fig． 6 SEM images of tensile fracture: ( a) base metal; ( b) FSPed IF steel with a surface fine-grained layer; ( c) FSPed IF steel without any sur￾face fine-grained layer 3 结论 ( 1) 采用氩气保护干冰乙醇强制冷却技术成功实 现对 IF 钢的搅拌摩擦加工，在横截面形成盆状的加工 区域，加工后组织显著细化，平均晶粒尺寸从 45 μm 细 化为 5 ～ 10 μm，并在表面形成约 60 μm 厚的细晶层，晶 粒尺寸最小在 1 μm 以下． ( 2) 搅拌摩擦加工后显微硬度显著提高，并沿厚 度方向呈梯度分布，加工中心的平均显微硬度约为 HV 135. 6，是母材硬度的 1. 4 倍，表面细晶层硬度最高 可达到 HV 312. 8． 细晶层和过渡层的抗拉强度分别 为 474. 2 和 463. 2 MPa，比 母 材 分 别 提 高 50. 9% 和 47. 6% ，加工后材料的延伸率相比母材均有所降低． 晶粒细化是搅拌摩擦加工后材料抗拉强度提高的主要 原因． ( 3) 搅拌摩擦加工前后试样的拉伸断口均呈微孔 聚合韧性断裂特征，但搅拌摩擦加工试样拉伸断口的 韧窝比母材的更细更浅，其中细晶层试样断口的韧窝 细化更为明显． 参 考 文 献 ［1］ Wong Y Q． Fundamental project on new generation of iron and steel materials． China Basic Sci，2000( 1) : 15 ( 翁宇庆． 新一代钢铁材料的重大基础研究． 中国基础科学， 2000( 1) : 15) ［2］ Li S H，Li J． Progress in research of high strength IF steel for au￾tomotive applications． Shanghai Met，2007，29( 5) : 66 ( 李守华，李俊． 汽车用高强度 IF 钢的研究进展． 上海金属， 2007，29( 5) : 66) ［3］ Song Ｒ，Ponge D，Ｒaabe D，et al． Overview of processing，mi￾crostructure and mechanical properties of ultrafine grained bcc steels． Mater Sci Eng A，2006，441( 1-2) : 1 ［4］ Valiev Ｒ Z． Structure and mechanical properties of ultrafine￾grained metals． Mater Sci Eng A，1997，234( 97) : 59 ［5］ Du Y X，Zhang X M． Severe plastic deformation methods for ul￾tra-fine grained materials． Mater Ｒev，2006，20( Suppl 2) : 241 ( 杜予晅，张新明． 强变形制备超细晶金属材料的方法． 材料 导报，2006，20( 增刊 2) : 241) ［6］ Mishra Ｒ S，Ma Z Y． Friction stir welding and processing． Mater Sci Eng Ｒ，2005，50( 1-2) : 1 ［7］ Kumar N，Mishra Ｒ S，Huskamp C S，et al． Microstructure and mechanical behavior of friction stir processed ultrafine grained Al￾Mg-Sc alloy． Mater Sci Eng A，2011，528( 18) : 5883 ［8］ Hofmann D C，Vecchio K S． Submerged friction stir processing ( SFSP) : an improved method for creating ultra-fine-grained bulk materials． Mater Sci Eng A，2005，402( 1-2) : 234 ［9］ Ｒhodes C G，Mahoney M W，Bingel W H，et al． Fine-grain evo￾lution in friction-stir processed 7050 aluminum． Scripta Mater， 2003，48( 10) : 1451 ［10］ Chang C L，Du X H，Huang J C． Achieving ultrafine grain size in Mg--Al--Zn alloy by friction stir processing． Scripta Mater， 2007，57( 3) : 209 ［11］ Chang C L，Du X H，Huang J C． Producing nanograined micro￾structure in Mg--Al--Zn alloy by two-step friction stir processing． Scripta Mater，2008，59( 3) : 356 ［12］ Su J Q，Nelson T W，Sterling C J． Friction stir processing of large-area bulk UFG aluminum alloys． Scripta Mater，2005，52 ( 2) : 135 ［13］ Su J Q，Nelson T W，McNelley T Ｒ，et al． Development of nanocrystalline structure in Cu during friction stir processing ( FSP) ． Mater Sci Eng A，2011，528( 16--17) : 5458 ［14］ Xue P，Xiao B L，Wang W G，et al． Achieving ultrafine dual￾phase structure with superior mechanical property in friction stir processed plain low carbon steel． Mater Sci Eng A，2013， 575( 28) : 30 ［15］ Ueji Ｒ，Fujii H，Cui L，et al． Friction stir welding of ultrafine grained plain low-carbon steel formed by the martensite process． Mater Sci Eng A，2006，423( 1--2) : 324 ［16］ Mehranfar M，Dehghani K． Producing nanostructured super-aus- · 9751 ·