分別在空氣和循環(huán)水冷條件下對(duì)2024-T4鋁合金板進(jìn)行攪拌摩擦焊接，研究水冷介質(zhì)對(duì)FSW接頭焊核區(qū)組織性能的影響。結(jié)果表明：循環(huán)水冷具有明顯的瞬時(shí)快冷作用，水冷介質(zhì)下FSW可以顯著細(xì)化晶粒，焊核區(qū)的平均晶粒尺寸達(dá)到700nm。沉淀強(qiáng)化對(duì)焊核區(qū)顯微硬度起到主要作用，細(xì)晶強(qiáng)化作用較弱。水冷介質(zhì)減弱了FSW接頭的熱軟化效應(yīng)，細(xì)化晶粒，抑制析出相的聚集長(zhǎng)大，從而改善接頭的組織性能。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將鋁合金板接頭端面用刨床刨平，用鋼絲刷將工件待焊接表面刷干凈，丙酮清洗。將被焊接材料用壓板固定在冷卻水槽內(nèi)，采用循環(huán)水冷卻，水流速度為0.15L/s。為了解焊接過(guò)程中NZ的溫度變化規(guī)律，采用熱電偶對(duì)焊件進(jìn)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn)。由于焊接過(guò)程中，NZ材料在攪拌針的直接作用下發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形，無(wú)法填埋熱電偶直接測(cè)量該區(qū)的實(shí)際溫度，因此，測(cè)溫點(diǎn)緊鄰于攪拌針外側(cè)，距離焊縫中心3.5mm處。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在被測(cè)鋁板特征點(diǎn)處加工ϕ1.2mm的盲孔，孔底為被測(cè)溫度點(diǎn)所在位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)熱電偶測(cè)量端頭在孔底處與材料緊密接觸。

焊接后將工件沿橫斷面切斷制作金相試樣。金相試樣采用Keller試劑腐蝕后用Neophot-21型光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織。沿平行于焊縫方向切取試樣，在JEM-200CX型透射電子顯微鏡上進(jìn)行TEM觀察。沿垂直于焊縫方向切取硬度測(cè)試試樣，測(cè)試前試樣經(jīng)過(guò)研磨、拋光處理。采用401MVD型數(shù)顯顯微維氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試，實(shí)驗(yàn)載荷為1.96N，保持時(shí)間為10s。測(cè)試位置沿試樣橫截面NZ的厚度中心水平方向，硬度測(cè)試間隔為0.5mm。

與空氣介質(zhì)條件下的FSW熱循環(huán)曲線相比，水冷介質(zhì)條件下的熱循環(huán)曲線表現(xiàn)出較低的峰值溫度、較短的高溫停留時(shí)間和較快的降溫速率，表明循環(huán)水冷介質(zhì)具有明顯的瞬時(shí)快冷作用。

FSW接頭焊核區(qū)S析出相在熱循環(huán)作用下發(fā)生析出長(zhǎng)大行為。循環(huán)水冷作用大大降低再結(jié)晶細(xì)小晶粒的長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力，抑制再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大，使NZ的平均晶粒尺寸達(dá)到700nm。

沉淀強(qiáng)化對(duì)NZ顯微硬度起到主要作用，細(xì)晶強(qiáng)化作用較弱。循環(huán)水冷條件減弱接頭的熱軟化效應(yīng)，細(xì)化焊接接頭的晶粒，抑制析出相的聚集長(zhǎng)大，從而改善了接頭的組織性能。(欣然)