搅拌摩擦加工(FSP)介绍
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原位合成复合材料 制备： Al、Ti、Cu、Mg 混合→热压烧结 →FSP
Fig. 12. TEM images of FSP samples: (a) Al–Ti, (b) Al–Ti–Cu, (c) Al–Ti–Mg and (d) Ti2Mg3Al18 in Al–Ti–Mg sample.
3 搅拌摩擦加工（FSP）特点
Fig.11（b）Fine And Equiaxed Grain Structure
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.2 表面改性（王华等）
搅拌摩擦加工可以通过增强 相的添加，制备出具有高表 面硬度、耐磨损的表面复合 层材料
ZK60镁合金 羟基磷灰石（HAP）
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.3 复合材料制备（Q. Zhang等）
AZ31镁合金
平均晶粒大小：
92.0μm→11.4μm
温度723K，应变速率
5×10-4 s-1时，1050%
高温超塑性
Fig.10. Appearances of specimens after tensile test at elevated temperature with strain rate of 5×10−4 s−1: (a) BM; (b) FSP
优点
FSP
绿色环保
加工过程无污染
性能优良
超塑性、组织细化
成本较低
板形铝合金部件
3 搅拌摩擦加工（FSP）特点
不足
FSP
发展不全 磨损问题 高效制备
相对于传统加工
搅拌头磨损
走向生产应用
4 搅拌摩擦加工（FSP）展望
4.1 搅拌摩擦加工数值模拟技术
a 网格划分
b 速度场分析 图13 搅拌摩擦加工数值模拟技术
δ5 ↑ 151.4%
2.1 铸造金属微观组织细化（Yaobin Wang等） 晶粒细化、消除内部缺陷
a.母材
b.FSP后
图6 铸态合金Mg-6Zn-1Y-0.5Zr加工前后对比
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究 Homogeneo来自百度文库s Microstructure！
Refinement！
2.1 铸造金属微观组织细化（T.S. Mahmoud等）
1991年，英国焊 接研究所发明搅 拌摩擦焊（FSW）
1999年，University of Missouri 的 Mishra提出搅拌摩 擦加工（FSP）技术
旋转
插入
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
焊接
离开
图1 搅拌摩擦焊（FSW）原理图
图2 搅拌摩擦焊（FSW）过程 旋转→插入→焊接→离开
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
搅拌摩擦加工（FSP）是在搅拌摩擦焊 （FSW）的基础上发展而来的一种加工技术。
图4 航天特焊无倾角搅拌头
图3 搅拌摩擦加工（FSP） 主要工艺参数
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
FSP原理——利用搅拌头剧烈的搅拌作用，造成加工区材料发生剧烈塑性变形、混 合、破碎和热暴露，实现材料微观组织的细化、均匀化和致密化
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.1 添加增强相（IsaacDinaharan等）
目前成功制备的包括稻壳灰（RHA）、钼颗粒（Mo）、 316L 不锈钢颗粒、AIN以及TiO2等
Fig. 11. EBSD (IPF + grain boundary) map of: (a) AA6061 and (b) AA6061/RHA AMC.
Fig.7. The microstructure of A413 as-cast Al alloy.Fig. 8. Optical micrographs of the microstructure at the centers of SZs processed at several tool rotational and traverse speeds.
c 速度场分析
4 搅拌摩擦加工（FSP）简介
a 温度场分析
b 温度场分析 图2 搅拌摩擦加工数值模拟技术
c 应力分布
4 搅拌摩擦加工（FSP）展望
4.2 钢铁材料FSP或FSW研究（邢丽等）
图14 铝合金-钢异种搭接
图4 搅拌摩擦加工（FSP）与产品
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
Fig 5. Macrostructure of dissimilar joints: (a) 1000-40, (b) 1000120, (c) 1000-240 and the corresponding surfaces (d-f)
2.1 不添加增强相的FSP 2.2 添加增强相的FSP
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.1 铸造金属微观组织细化 2.1.2 细晶超塑性材料制备
2.2.1 外加增强相研究 2.2.2 材料表面改性研究 2.2.3 金属基复合材料制备
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
σ0.2
↑ 93.1%
σb ↑ 53%
搅拌摩擦加工
Friction Stir Processing
目录
Contents
搅拌摩擦加工（FSP）简介 搅拌摩擦加工（FSP）研究 搅拌摩擦加工（FSP）特点 搅拌摩擦加工（FSP）展望
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
1997年，搅拌摩擦 技术被日本公司广 泛的应用于铝合金 车体制造
2002年，搅拌摩擦 焊中心在中国成立， 并在中国大力推广
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（Mishra等）
超塑性一般大于200% 480℃时，7075-T651铝合金
最大延伸率为1250%
图9 FSP加工后的7075-T651铝合金晶粒＜3.8μm
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（张大童等）
Fig. 12. TEM images of FSP samples: (a) Al–Ti, (b) Al–Ti–Cu, (c) Al–Ti–Mg and (d) Ti2Mg3Al18 in Al–Ti–Mg sample.
3 搅拌摩擦加工（FSP）特点
Fig.11（b）Fine And Equiaxed Grain Structure
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.2 表面改性（王华等）
搅拌摩擦加工可以通过增强 相的添加，制备出具有高表 面硬度、耐磨损的表面复合 层材料
ZK60镁合金 羟基磷灰石（HAP）
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.3 复合材料制备（Q. Zhang等）
AZ31镁合金
平均晶粒大小：
92.0μm→11.4μm
温度723K，应变速率
5×10-4 s-1时，1050%
高温超塑性
Fig.10. Appearances of specimens after tensile test at elevated temperature with strain rate of 5×10−4 s−1: (a) BM; (b) FSP
优点
FSP
绿色环保
加工过程无污染
性能优良
超塑性、组织细化
成本较低
板形铝合金部件
3 搅拌摩擦加工（FSP）特点
不足
FSP
发展不全 磨损问题 高效制备
相对于传统加工
搅拌头磨损
走向生产应用
4 搅拌摩擦加工（FSP）展望
4.1 搅拌摩擦加工数值模拟技术
a 网格划分
b 速度场分析 图13 搅拌摩擦加工数值模拟技术
δ5 ↑ 151.4%
2.1 铸造金属微观组织细化（Yaobin Wang等） 晶粒细化、消除内部缺陷
a.母材
b.FSP后
图6 铸态合金Mg-6Zn-1Y-0.5Zr加工前后对比
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究 Homogeneo来自百度文库s Microstructure！
Refinement！
2.1 铸造金属微观组织细化（T.S. Mahmoud等）
1991年，英国焊 接研究所发明搅 拌摩擦焊（FSW）
1999年，University of Missouri 的 Mishra提出搅拌摩 擦加工（FSP）技术
旋转
插入
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
焊接
离开
图1 搅拌摩擦焊（FSW）原理图
图2 搅拌摩擦焊（FSW）过程 旋转→插入→焊接→离开
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
搅拌摩擦加工（FSP）是在搅拌摩擦焊 （FSW）的基础上发展而来的一种加工技术。
图4 航天特焊无倾角搅拌头
图3 搅拌摩擦加工（FSP） 主要工艺参数
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
FSP原理——利用搅拌头剧烈的搅拌作用，造成加工区材料发生剧烈塑性变形、混 合、破碎和热暴露，实现材料微观组织的细化、均匀化和致密化
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.2.1 添加增强相（IsaacDinaharan等）
目前成功制备的包括稻壳灰（RHA）、钼颗粒（Mo）、 316L 不锈钢颗粒、AIN以及TiO2等
Fig. 11. EBSD (IPF + grain boundary) map of: (a) AA6061 and (b) AA6061/RHA AMC.
Fig.7. The microstructure of A413 as-cast Al alloy.Fig. 8. Optical micrographs of the microstructure at the centers of SZs processed at several tool rotational and traverse speeds.
c 速度场分析
4 搅拌摩擦加工（FSP）简介
a 温度场分析
b 温度场分析 图2 搅拌摩擦加工数值模拟技术
c 应力分布
4 搅拌摩擦加工（FSP）展望
4.2 钢铁材料FSP或FSW研究（邢丽等）
图14 铝合金-钢异种搭接
图4 搅拌摩擦加工（FSP）与产品
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
Fig 5. Macrostructure of dissimilar joints: (a) 1000-40, (b) 1000120, (c) 1000-240 and the corresponding surfaces (d-f)
2.1 不添加增强相的FSP 2.2 添加增强相的FSP
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.1 铸造金属微观组织细化 2.1.2 细晶超塑性材料制备
2.2.1 外加增强相研究 2.2.2 材料表面改性研究 2.2.3 金属基复合材料制备
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
σ0.2
↑ 93.1%
σb ↑ 53%
搅拌摩擦加工
Friction Stir Processing
目录
Contents
搅拌摩擦加工（FSP）简介 搅拌摩擦加工（FSP）研究 搅拌摩擦加工（FSP）特点 搅拌摩擦加工（FSP）展望
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
1997年，搅拌摩擦 技术被日本公司广 泛的应用于铝合金 车体制造
2002年，搅拌摩擦 焊中心在中国成立， 并在中国大力推广
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（Mishra等）
超塑性一般大于200% 480℃时，7075-T651铝合金
最大延伸率为1250%
图9 FSP加工后的7075-T651铝合金晶粒＜3.8μm
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（张大童等）