随着汽车轻量化需求的日益迫切袁 镁合金作为 广泛应用的轻合金在汽车上有着极大的应用潜力袁 但是现有的商用镁合金往往存在力学性能尧 耐腐蚀 性和疲劳性能等不佳的问题袁难以满足汽车轻量化的 需求袁 迫切需要采用新的技术或方法对镁合金进行改 性遥 搅拌摩擦加工渊FrictionStirProcessing袁简称 FSP冤 是伴随搅拌摩擦加工发展起来的一种新型材料加工 改性技术遥 目前袁 镁合金的研究主要集中在合金元素 优化尧制备工艺和力学性能等方面的研究曰而对镁合 金搅拌摩擦加工后的组织织构研究的还较少袁这限制 了镁合金在汽车轻量化上的大规模应用。鉴于此袁 本 文 尝 试 采 用 搅 拌 摩 擦 加 工 方 法 袁 对 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金进行改性研究袁并分析了搅拌摩擦加工对合金显微组织尧 物相组成和微 观织构的影响袁 为镁合金在汽车轻量化上的应用提 供了一条新的思路。

1 试验材料与方法

选择铸态 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金为研究 对象，先在 TXZ-150 型中频感应熔炼炉中进行合金 试样的熔炼，然后用铁模浇注尧空冷袁并去除表面氧 化皮，获得铸态 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 镁合金，并切割 成长方体试样，试样尺寸为 200mmx50mmx 5mm 合金的化学成分(质量分数,%)为:7.992Al、 1.012Zn、0.284Mn、0.103V、0.013Fe、0.008Si、余量Mg。

在 FSW-LM-AM16 型小型龙门搅拌摩擦加工 机上进行铸态 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 镁合金的搅拌摩 擦加工试验。 搅拌头由钨铼合金来制作，轴肩直径 15mm，搅拌针长度 4.8mm，搅拌头下降和提升速 度均为 10mm/min，搅拌头插入和回抽停留时间均为5s。 试样搅拌摩擦加工的主要工艺参数为院旋转 速度 600r/min，加工速度 300mm/min、轴肩下压量 0.15mm。

搅拌摩擦加工后用线切割方法垂直于加工方向 切取金相试样，经打磨尧抛光、浸蚀后用 JX-08 型金相 显微镜（OM）和 EVO18 型扫描电镜（SEM）观察合 金的显微组织。物相组成采用 D/max2000/PC 型 X 射线衍射仪进行分析，用 Cu 靶，管电压为 30 kV、 管电流为 40mA。织构采用 X'PertPRD 型织构测量 仪进行测量，用 Co 靶，管电压为 35 kV、管电流为 40mA。 力学性能在 CMT5000GL 型拉伸试验机上 测试，测试温度 25 ℃ ，并用 EVO18 型扫描电镜进 行拉伸断口形貌观察。

2 试验结果及分析

2.1 XRD 分析

Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金在搅拌摩擦加 工前后的 XRD 图谱，如图 1 所示。可看出，该合金 在搅拌摩擦加工前后的物相组成未发生变化， 二者 均由α-Mg 基体和少量的 Mg 17 Al 12 相组成； 但是与 搅拌摩擦加工前相比， 搅拌摩擦加工后合金中 Mg 17 Al 12 第二相的衍射峰强度明显变弱。 这主要是因 为在搅拌摩擦加工过程中，具有较低熔点的 Mg 17 Al 12 第二相发生了部分溶解，合金中 Mg 17 Al 12 第二相由原 本的网状结构分布变成弥散的颗粒状分布。

2.2 显微组织

Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金在搅拌摩擦加工前后的显微组织 OM 照片和 SEM 照片，分别如 图 2、3 所示。综合可看出，与搅拌摩擦加工处理前 相比， 搅拌摩擦加工后铸态 AZ81 镁合金的显微组 织得到明显细化， 合金的平均晶粒尺寸从 24.6μm 减小至 8.7μm袁平均晶粒尺寸减小了 64.6%。 合金的 Mg 17 Al 12 第二相由网状结构变为细小的弥散分布。 这主要是因为在搅拌摩擦加工过程中， 搅拌头和搅 拌针与 AZ81 镁合金之间的摩擦产生热量， 使得该 合金的晶粒发生完全动态再结晶， 合金晶粒明显细 化。

2.3 织构分析

Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金在搅拌摩擦加 工前后的织构，如图 4 所示。可看出，经过搅拌摩擦 加工改性后，上述镁合金的织构发生明显变化，合金 的内部织构发生明显弱化， 织构最大值从 8.784 减小至 6.352，减小了 27.69%。 由此可看出，搅拌摩擦 加工显著弱化了 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金的 内部织构。

2.4 力学性能

Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金在搅拌摩擦加工前后的力学性能测试结果，如表 1 所示。 从表 1 可以看出，与搅拌摩擦加工处理前相比，搅拌摩擦加 工后Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金的力学性能得 到显著提高，抗拉强度从 243MPa 增加至 297MPa， 增加了 22.2%；屈服强度从 139MPa 增加至 201MPa， 增加了44.6%；断后伸长率从8.6%增加至15.4%，增加了 6.8%。 由此可看出，搅拌摩擦加工改善了 Mg-8Al-1Zn- 0.05Y 新型镁合金的力学性能。这主要是因为在搅 拌摩擦加工过程中，在摩擦和搅拌双重作用下，合 金内部发生了明显动态再结晶，合金晶粒得到明显 细化，内部织构得到弱化，从而显著提高了合金的 力学性能。

3 结论

(1) 搅拌摩擦加工显著细化了 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金的晶粒，平均晶粒尺寸减小 64.6%；弱化了合金的内部织构，织构最大值减小 27.69%，这显 著提高了合金的力学性能。

(2) 搅拌摩擦加工使 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型 镁合金的抗拉强度增加 22.2%； 屈服强度增加 44.6%；断后伸长率增加 6.8%。

(3) 搅拌摩擦加工未能使 Mg-8Al-1Zn-0.05Y 新型镁合金的物相组成发生本质改变， 仍是由 α-Mg 基体和少量 Mg 17 Al 12 相组成；但是与搅拌摩擦 加工前相比，搅拌摩擦加工后合金中 Mg 17 Al 12 第二 相的衍射峰强度明显变弱，Mg 17 Al 12 第二相发生了 部分溶解，合金中 Mg 17 Al 12 第二相由原本的网状结 构分布变成弥散的颗粒状分布。