武传松教授团队在铝合金FSW动态再结晶机制研究方面取得新进展

naixin

近日，材料科学与工程学院武传松教授团队在铝合金搅拌摩擦焊接（FSW）动态再结晶机制和接头微观组织演变方面取得新进展。相关研究成果以“Analysis and characterization of dynamic recrystallization and grain structure evolution in friction stir welding of aluminum plates”为题，发表于金属材料学与冶金学领域顶级期刊Acta Materialia。2020届硕士毕业生于鹏飞为该文第一作者，武传松教授为通讯作者，山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室为唯一作者单位。

       随着经济和社会发展对节能减排环保标准的要求不断提高，轻量化的铝合金材料在汽车、高铁和航空航天等行业得到越来越多的应用。作为固相连接工艺，搅拌摩擦焊接（FSW）已成为铝合金材料的首选焊接方法。在FSW热-力作用下，铝合金接头内发生动态再结晶过程，焊缝晶粒得以细化，从而获得满足工程应用要求的接头性能。因此，阐明铝合金搅拌摩擦焊接过程中的动态再结晶机制对焊缝微观组织和服役性能的有效调控具有重要意义。但是，由于铝合金FSW焊接过程中动态再结晶行为异常复杂，其发生机制和焊缝晶粒尺寸演变规律尚不清晰，仍存在广泛争议。
       针对上述关键科学问题，武传松教授团队采用实验表征与数值模拟相结合的方法开展了深入系统的研究。在铝合金FSW焊接实验过程中，采用“急停+急冷”技术获取了搅拌头周边的材料试样，对这些试样以及焊后焊缝的微观组织进行了电子背散射衍射（EBSD）表征。建立了FSW宏观热-力分析模型，获得了焊接过程中随时间变化的温度、应变和应变率。在微观尺度上建立了动态再结晶过程的蒙特卡洛模型，对不同焊接工艺参数条件下铝合金搅拌摩擦焊接动态再结晶过程进行了数值模拟。基于实验表征与数值分析结果，首次发现在搅拌头前方、后方和后退侧的不同位置，因其温度、应变率和应变量不同，发生了不同类型的动态再结晶行为；在搅拌针正前方，几何动态再结晶机制与连续动态再结晶机制较为明显；在后退侧，连续动态再结晶和不连续动态再结晶机制作用明显；在搅拌针后部，几何动态再结晶作用效果较为明显。当焊接热输入较高时，更易发生几何动态再结晶和连续动态再结晶导致的晶粒长大，不连续动态再结晶过程也较容易发生；当焊接热输入较低时，连续动态再结晶机制作用效果更为明显。这些研究结果为铝合金FSW焊接工艺优化和接头组织性能调控提供了重要依据。
       Acta Materialia在冶金科学与工程领域的全球79种SCI期刊中排名第一；在材料科学（综合）领域的全球152种SCI期刊中排名第三。
       论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... 45421000720#sec0001


      文章来源：山东大学
       武传松，山东大学材料科学与工程学院教授/博士生导师。美国焊接学会会士（AWS Fellow），中国焊接学会常务理事兼计算机辅助焊接工程专业委员会主任、国际焊接学会C XII-E“焊接质量与安全”分委会主席，国际刊物《Science and Technology of Welding and Joining》编委，《Chinese Journal of Mechanical Engineering》编委会副主任，《焊接学报》、《China Welding》和《电焊机》编委。以“焊接物理、高效焊接过程数值模拟与检测控制”为研究方向，主持完成国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家科技支撑计划重点项目和国家863重点项目子课题、省部级重点项目以及国际合作课题三十余项，取得了国内外同行专家公认的突出成绩。在美国出版英文专著《Welding Thermal Processes and Weld Pool Behaviors》；1部中文专著入选国家原创图书出版工程；在国内外重要刊物发表学术论文320余篇（其中SCI收录198篇），研究结果被国际著名同行专家广为引用。获得国家教育部自然科学一等奖1项、二等奖2项、省部级科技进步奖二等奖2项、三等奖2项。获得英国材料、矿物和矿业学会(IOM3)颁发的“2015 STWJ Best Paper Prize（2015 STWJ最佳论文奖）”、《中国有色金属学报（英文版）》2014 年度优秀论文奖。指导的研究生获得国际TOP期刊Acta Materilia 2015年度学生论文奖（2015 Acta Student Awards）、“第四届上银优秀机械博士论文奖”、山东省优秀博士学位论文奖（2人篇）、山东省优秀硕士学位论文奖、中国焊接学会优秀论文奖等。