搅拌摩擦加工(FSP)技术是在搅拌摩擦焊接基础上演变出的一种固态加工技术。通过FSP可使材料产生剧烈塑性变形，实现材料微观组织细化和均匀化。如利用FSP在镁合金表面加入粒子提高了其表面硬度和耐磨性或利用该技术使材料组织细化制备块体细晶材料等。
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。
