变形镁合金是目前商业化应用最为普遍的镁合金，具有良好的比强度、比刚度、可再生循环利用等优点，被誉为21世纪绿色金属结构材料。轻质高强材料的广泛应用使得对其表面性能的要求越来越高，但镁合金由于在常温下硬度较低，塑性变形能力差等缺点限制了其在某些领域的进一步应用。采用FSP技术可改善镁合金的表面性能，但在FSP过程中轴肩产生热积累造成热影响区晶粒长大，若在加工过程中采用强制冷却，可明显减小热影响区，同时，使搅拌区动态再结晶晶粒来不及长大回复，从而细化晶粒提高材料表面性能。本文研究了强制冷却FSP对AZ31镁合金组织和硬度的影响。
实验选用AZ31热轧退火态镁合金板作试样，其尺寸为150mm×100mm×4mm。FSP在改造的X5032铣床上进行,所用搅拌头主要尺寸为：轴肩直径12mm，搅拌针直径4mm、长1.8mm。试样加工前用丙酮擦去表面污垢，并用专用夹具将其固定在垫板上，搅拌针以一定的转速向下慢慢插入板中，调节加工方向沿长度方向进行加工，同时开启冷却水对加工区域进行强制冷却。FSP过程中控制轴肩压入工件表面深度为0.2mm左右。采用草酸水溶液对抛光后的试样进行化学腐蚀，用MM5光学显微镜进行组织观察，用MHV-2型显微硬度计测定硬度。
AZ31镁合金板经强制冷却FSP后，搅拌区晶粒明显细化，搅拌区晶粒尺寸小于非强制冷却FSP试样搅拌区晶粒。采用强制冷却FSP工艺，可以对加工过程中的温度进行控制，从而可以减小横截面和纵界面热影响区晶粒长大。采用多道次强制冷却FSP工艺成功在AZ31镁合金表面进行了大面积表面改性加工，各道次搅拌区组织相互平行并部分重叠，搅拌区组织相互连接在一起避免了晶粒尺寸和硬度的剧烈波动。强制冷却FSP工艺对显微硬度提升明显，最高显微硬度约为母材的179.3%。采用强制冷却FSP工艺对显微硬度的提高较非强制冷却FSP工艺明显。
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