金属顶刊《Acta Materialia》：新方法，实现铝合金强度巨大提升！

2021-02-01 11:54:37 作者：本网整理来源：材料科学与工程分享至：

随着交通运输工具的增加，CO2排放量不断增大，推动了高强轻质铝合金在汽车上的发展应用。这类材料面临的一个主要挑战是成形性和强度之间的权衡。Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均匀延伸率和加工过程中的应变硬化性，在严重变形部件中得到广泛应用。在5XXX铝合金中添加合金元素是常用的提升强度方法，已有研究表明添加Cu和Zn能够产生有益的影响，预变形也被证实对铝合金有一定增强，但是还缺乏硬化过程中力学行为演化的研究。

奥地利里奥本大学等单位的研究人员主要针对Al-Mg-Zn合金，提出了一种新的能够在工业生产实现的热机械加工工艺，包括短期预时效（100℃×3h）及预变形处理（2%），达到了迄今为止最大的硬化提升（184MPa），强度达到410MPa。相关论文以题为“Giant hardening response in AlMgZn（Cu） alloys”发表在金属材料顶级期刊Acta Materialia。更多精彩专业视频，请关注抖音账号：材料科学网。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116617

本研究使用的基础铝合金为ENAW-5182，添加Zn和Zn+Cu（以下简称为5182-Zn和5182-ZnCu），通过真空感应熔炼、均匀化处理（470℃×24h）、热轧和冷轧。经过固溶（465℃×35min）+预时效（100℃×3h）称为TMT1；经过固溶+预时效+预变形（2%）称为TMT2，烤漆硬化统一为185℃×20min。

研究发现TMT1处理下5182-Zn的强度提升仅47MPa，而5182-ZnCu的屈服强度提高了127MPa，表明了Cu的有益作用。TMT2条件下，5182-Zn和5182-ZnCu强度分别提高了178MPa和184MPa。5182-ZnCu的析出相（GPⅠ区）尺寸较小，且分布密度比5182-Zn高约5倍，说明了Cu对析出相形成和长大的有利影响。

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图1 不同成分不同预处理后的应力应变曲线（a） ENAW-5182-O；（b）5182-Zn；（c） 5182-ZnCu

图2 Mn、Cr、Fe、Cu在（a） 5182-Zn和（b） 5182-ZnCu中的分布

图3 5182-Zn在（a） PA；（b） TMT1；（c） TMT2条件下的APT、BF-TEM图、沿铝基体（001）轴获取的DPs、元素分布图

图4 5182-ZnCu在（a） PA；（b） TMT1；（c） TMT2条件下的APT、BF-TEM图、沿铝基体（001）轴获取的DPs、元素分布图

图5 （a） 5182-Zn和（b） 5182-ZnCu在PS条件下的BF-TEM图像

预时效后进行预变形（2%），在烤漆过程中强度被进一步提高，本文中提高184MPa的5182-ZnCu和提高178MPa的5182-Zn强度超过其他现有报道的提升，强度提升的同时两种合金均保持了足够的延伸率和淬透性。预变形通过位错辅助溶质迁移增强了两种合金中析出相的生成，促进了5182-ZnCu中Cu元素的富集，增加了5182-Zn中析出相的密度。

图6 用BF-STEM探测器对预时效和预变形5182-ZnCu的显微组织特征进行原位凝固热处理（a）位错湮没；（b）位错辅助析出相生成；（c）析出相生长合并

在本研究中，提出了新的热机械加工路线，应用在Al-Mg-Zn（Cu）中充分解决了长期的高强度和良好成形性之间的权衡，取得了令人满意的平衡。该加工方法条件简单，符合工业能力范围，可以充分发挥该加工方法发掘汽车薄板的性能潜力。本文提出的方法将扩大铝合金在汽车领域的应用，可有助于改善未来汽车车辆的可回收性。

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