超声波辅助摩擦搅拌焊接在5083铝合金的焊接 nugget 区实现了高温超塑性：优化微观结构并促进晶界滑移

《Materials Characterization》：Ultrasonic-assisted friction stir welding achieves high-temperature superplasticity in the weld nugget zone of 5083 aluminum alloy: Optimizing microstructure and promoting grain boundary sliding

　　

姚 王 | 谢 宇 | 李 圆鹏 | 苏 向巍 | 王 文 | 韩 英 | 公 文彪 | 周 志阳 | 刘 金鑫

教育部先进结构材料重点实验室，长春工业大学，中国长春 130012

摘要

本研究探讨了超声辅助摩擦搅拌焊接（UaFSW）在 AA5083 铝合金中的应用，并提出了一种超声辅助工艺优化策略。通过在搅拌工具前引入 24.30 kHz 的超声波，结合适当的转动速度和行进速度（1200 r/min 和 400–600 mm/min），实现了无缺陷的接头，显著改善了焊接区域的微观结构。结果表明，超声辅助改变了焊接熔核区域的材料流动和微观结构演变，但其效果强烈依赖于焊接速度/热输入条件。在 1200 r/min 和 400 mm/min 的条件下，超声辅助使平均晶粒尺寸从 5.59 μm 增加到 7.62 μm，但与传统 FSW 相比，并未明显提高材料的超塑性。当焊接速度提高到 600 mm/min 时，超声辅助下降低的热输入促进了更细小且更有利的微观结构，使得在 450°C 和 1×10^-3 s^-1 条件下的最大延伸率达到 475.26%。这些结果表明，超塑性响应的改善应归因于超声辅助和焊接速度的联合优化，而不仅仅是超声辅助本身。考虑到屈服应力后，分析表明晶界滑移是主要的变形模式，所观察到的超塑性与沿晶界的扩散过程密切相关。本研究为高效高质量的铝合金焊接提供了一种新的工艺解决方案，并为超声辅助焊接工艺的进一步优化提供了理论基础。