攪拌摩擦加工(FSP)技術(shù)是在攪拌摩擦焊接基礎(chǔ)上演變出的一種固態(tài)加工技術(shù)。通過FSP可使材料產(chǎn)生劇烈塑性變形，實現(xiàn)材料微觀組織細化和均勻化。如利用FSP在鎂合金表面加入粒子提高了其表面硬度和耐磨性或利用該技術(shù)使材料組織細化制備塊體細晶材料等。

變形鎂合金是目前商業(yè)化應(yīng)用最為普遍的鎂合金，具有良好的比強度、比剛度、可再生循環(huán)利用等優(yōu)點，被譽為21世紀綠色金屬結(jié)構(gòu)材料。輕質(zhì)高強材料的廣泛應(yīng)用使得對其表面性能的要求越來越高，但鎂合金由于在常溫下硬度較低，塑性變形能力差等缺點限制了其在某些領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。采用FSP技術(shù)可改善鎂合金的表面性能，但在FSP過程中軸肩產(chǎn)生熱積累造成熱影響區(qū)晶粒長大，若在加工過程中采用強制冷卻，可明顯減小熱影響區(qū)，同時，使攪拌區(qū)動態(tài)再結(jié)晶晶粒來不及長大回復，從而細化晶粒提高材料表面性能。本文研究了強制冷卻FSP對AZ31鎂合金組織和硬度的影響。

實驗選用AZ31熱軋退火態(tài)鎂合金板作試樣，其尺寸為150mm×100mm×4mm。FSP在改造的X5032銑床上進行,所用攪拌頭主要尺寸為：軸肩直徑12mm，攪拌針直徑4mm、長1.8mm。試樣加工前用丙酮擦去表面污垢，并用專用夾具將其固定在墊板上，攪拌針以一定的轉(zhuǎn)速向下慢慢插入板中，調(diào)節(jié)加工方向沿長度方向進行加工，同時開啟冷卻水對加工區(qū)域進行強制冷卻。FSP過程中控制軸肩壓入工件表面深度為0.2mm左右。采用草酸水溶液對拋光后的試樣進行化學腐蝕，用MM5光學顯微鏡進行組織觀察，用MHV-2型顯微硬度計測定硬度。

AZ31鎂合金板經(jīng)強制冷卻FSP后，攪拌區(qū)晶粒明顯細化，攪拌區(qū)晶粒尺寸小于非強制冷卻FSP試樣攪拌區(qū)晶粒。采用強制冷卻FSP工藝，可以對加工過程中的溫度進行控制，從而可以減小橫截面和縱界面熱影響區(qū)晶粒長大。采用多道次強制冷卻FSP工藝成功在AZ31鎂合金表面進行了大面積表面改性加工，各道次攪拌區(qū)組織相互平行并部分重疊，攪拌區(qū)組織相互連接在一起避免了晶粒尺寸和硬度的劇烈波動。強制冷卻FSP工藝對顯微硬度提升明顯，最高顯微硬度約為母材的179.3%。采用強制冷卻FSP工藝對顯微硬度的提高較非強制冷卻FSP工藝明顯。（榕霖）