《Materials Today Communications》：Sustainable Joint Integrity in Al 8006/Al 7475 Friction Stir Welding Enabled by a Hexagonal Pin Tool
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本研究针对异种铝合金（Al 7475和Al 8006）的连接需求，采用六边形搅拌针工具开展搅拌摩擦焊（FSW）工艺优化研究。通过Taguchi实验设计系统分析工具转速、焊接速度和倾斜角对接头力学性能的影响，获得抗拉强度390 MPa、延伸率13%、硬度125.5 HB的优质接头。SEM断口分析揭示不同参数下的断裂机理差异，该研究为高性能轻量化结构提供了一种高效、低能耗的固态连接方案，符合可持续发展目标SDG 9和SDG 12的要求。
在航空航天和汽车工业对轻量化结构需求日益增长的背景下，异种铝合金的高质量连接成为制造技术的关键挑战。传统熔焊方法容易产生凝固缺陷，而搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固态连接技术，能够有效避免熔焊缺陷，但针对特定材料组合的工艺优化仍需深入研究。
印度Rayat Bahra大学机械工程学院的研究团队在《Materials Today Communications》发表论文，聚焦Al 8006和Al 7475这一具有互补性能的铝合金组合。Al 7475以其高强度特性广泛应用于航空航天领域，而Al 8006则具有优异的耐腐蚀性能，两者结合可满足复杂工况下的使用需求。研究采用六边形搅拌针工具，通过系统优化FSW工艺参数，实现了接头性能的显著提升。
研究采用L16 Taguchi正交实验设计，重点考察工具旋转速度（800-1400 rpm）、焊接速度（40-70 mm/min）和工具倾斜角（1-2.5°）三个关键参数。力学性能测试包括拉伸试验（ASTM E8M-04标准）、布氏硬度测量（ASTM E10标准）和微观结构分析。金相样品经Keller试剂侵蚀后，通过光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察焊缝各区域组织特征。
单目标优化结果表明，获得最高抗拉强度的最佳参数组合为1200 rpm、60 mm/min和2.5°倾斜角，模型调整R2达到0.9651，显示出优异的预测可靠性。多目标优化得到的参数组合（1200 rpm、50 mm/min、2.5°倾斜角）使接头抗拉强度达390 MPa，延伸率13%，硬度125.5 HB。
微观结构分析清晰显示了焊缝的三个典型区域：热影响区（HAZ）、热机械影响区（TMAZ）和焊核区（NZ）。在1200 rpm条件下，焊核区呈现细小等轴晶组织，这是动态再结晶的结果，也是接头力学性能提升的主要原因。相比之下，800-1000 rpm参数下焊接的接头出现深孔洞和不规则韧窝，而1200-1400 rpm参数下的接头断裂表面呈现均匀分布的撕裂棱线和韧窝，表明塑性变形更加均匀。
温度监测数据显示，1200 rpm时搅拌区峰值温度达到400°C，这一温度水平既保证了足够的材料塑性流动，又避免了过热导致的晶粒粗化。SEM断口分析进一步证实，优化参数下的接头呈现典型的韧性断裂特征，微韧窝尺寸均匀分布，表明接头具有优良的塑性和韧性。
方差分析（ANOVA）表明，焊接速度对抗拉强度和延伸率影响最为显著（p<0.05），而倾斜角对硬度起主导作用。研究人员还建立了经验关系式，如抗拉强度（TS）= 331.4 - 0.0036R + 0.337W + 9.14T，为工艺参数优化提供了理论依据。
该研究的创新性体现在材料选择和工艺设计两个方面。不同于大多数研究关注的AA6xxx-AA7xxx或AA5xxx-AA6xxx组合，本研究首次系统研究了Al 8006-Al 7475这一材料对的FSW连接特性。六边形搅拌针工具的使用增强了材料流动对称性和界面混合效果，提高了接头完整性和力学可靠性。
从可持续发展角度，FSW作为固态连接工艺，无需填充材料和保护气体，能耗较低，符合可持续制造原则。研究结果对推动轻量化结构制造技术进步具有重要意义，特别是在航空航天、新能源汽车等高端装备制造领域具有广阔应用前景。通过优化工艺参数实现的优质接头，能够延长结构件使用寿命，减少资源消耗，支持产业绿色转型。
