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搅拌摩擦加工可以细化材料的晶粒,提高材料的力学性能,塑性也会有明显的增加。本文首先开展单道次搅拌摩擦加工实验,采用正交试验法选取最具代表性的搅拌头旋转速度、进给速度、轴肩下压量工艺参数组,对5mm厚的5083铝合金进行搅拌摩擦加工。对加工试样进行拉伸试验、金相试验、硬度试验和断口分析,研究各参数下搅拌区域的组织和性能情况,得到最优的搅拌摩擦加工工艺参数。然后使用得到的工艺参数对5083铝合金进行多道次搅拌摩擦加工。多道次搅拌摩擦加工将研究最优的搅拌头平移距离,从而制备大面积晶粒细化的5083铝合金材料;研究温度、搅拌头形状对材料晶粒尺寸的影响并尝试了用板材堆叠的方法来制备大厚度的细晶材料。对多道次搅拌摩擦加工得到的大面积细晶5083铝合金进行高温拉伸试验,研究其细晶超塑性性能。使用ABAQUS有限元软件分别模拟超塑性板材和普通板材的挤压、冲压成形。本论文的具体研究结果如下:(1)获得了单道次加工的最优工艺参数。当搅拌头转速为1300r/min、进给速度为400mm/min、下压量为0.3mm时,经过加工的试样表面无宏观缺陷。试样的抗拉强度为214MPa,达到母材的93.05%;屈服强度为112.4MPa;断后延伸率为18.37%。5083铝合金材料在经过搅拌摩擦加工后,搅拌区域的晶粒被打碎,由原本沿轧制方向被拉长的粗大晶粒变成细小的等轴晶粒。搅拌摩擦加工后搅拌区域的硬度小于母材区,出现一段尺寸与搅拌针尺寸基本吻合的软化区。(2)多道次搅拌摩擦加工方面。最优道次间隔与搅拌针端部直径相同。因搅拌头轴肩与板材的接触面积要比搅拌针表面积大,摩擦产生的热量也较多,从而导致上部区域的晶粒在高温下长大,尺寸大于下部区域。在搅拌摩擦加工过程中进行加水冷却可以降低上部区域的温度,从而减小上部区域的晶粒尺寸。相比于圆锥形搅拌头,在使用圆柱形搅拌头进行加工时,晶粒更加粗大,不利于细晶材料的制备。使用堆叠多道次搅拌摩擦加工的方法,可以制备大厚度晶粒细化的5083铝合金材料。(3)超塑性成形方面。高温拉伸试验表明:在应变速率为3×10-3/s,温度为530°C时,经过加工试样的延伸率最大,达到216%;而未经过加工的试样在相同应变速率和温度下延伸率仅为83%。细晶超塑性5083铝合金在成形时塑性和金属流动性更好,有限元仿真分析表明,超塑性成形时所需对凸模施加的压力更小。