第一作者：胡軒

通訊作者：韓星會、華林

通訊單位：武漢理工大學(xué)

DOI: 10.1016/j.jmst.2024.03.043

01全文速覽

研究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理組織性能遺傳演變行為，闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機(jī)理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細(xì)晶有效遺傳機(jī)理，探究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強(qiáng)度塑性協(xié)同提升機(jī)理。

02研究背景

7075鋁合金板材憑借其卓越的性能，成為航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵材料之一。隨著航空航天技術(shù)不斷發(fā)展，對該材料的強(qiáng)度與塑性協(xié)同提升需求日益顯著。本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)多自由度成形提高剪切應(yīng)力、促進(jìn)金屬多向流動，能夠高效實(shí)現(xiàn)7075 鋁合金板材晶粒細(xì)化至亞微米尺度。然而，7075 鋁合金板材多自由度成形細(xì)化組織在后續(xù)T6熱處理過程中遺傳演變規(guī)律尚不清楚，這一遺傳演變規(guī)律是影響7075 鋁合金板材最終力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。基于此，本研究對7075 鋁合金板材進(jìn)行多自由度成形-T6熱處理全流程制備，通過多種表征實(shí)驗(yàn)手段和晶體塑性力學(xué)模擬方法，研究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理組織性能遺傳演變行為，闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機(jī)理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細(xì)晶有效遺傳機(jī)理，探究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強(qiáng)度塑性協(xié)同提升機(jī)理。

03本文亮點(diǎn)

闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機(jī)理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細(xì)晶有效遺傳機(jī)理

通過多自由度成形和T6熱處理有效實(shí)現(xiàn)了7075鋁合金板材強(qiáng)度塑性協(xié)同提升

采用微觀測試實(shí)驗(yàn)和晶體塑性力學(xué)模擬探討了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強(qiáng)度塑性協(xié)同提升機(jī)理

04圖文解析

圖1  (a)多自由度成形-T6熱處理示意圖; (b) 組織性能取樣區(qū)域。

圖2  不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材晶體取向圖:(a) 未變形, (b) 10%變形量, (c) 20%變形量, (d) 30%變形量 (e) 40%變形量, (f) 50%變形量, (g) 60%變形量, (h) 70%變形量。

圖3 不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材{111}極圖。

圖4 不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材η’相TEM分布圖: (a) 未變形, (b) 10%變形量, (c) 20%變形量, (d) 70%變形量。

圖5 (a) 7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理力學(xué)性能演變規(guī)律以及(b) 與文獻(xiàn)其他類似材料的對比。

圖6 20%變形量多自由度成形7075鋁合金板材固溶處理3min、6min、9min晶體學(xué)分析：(a₁-a₃)晶粒取向圖, (b₁-b₃)晶粒相對取向圖, (c₁-c₃)極圖和反極圖, (d₁-d₃)沿箭頭晶粒相對取向數(shù)值和晶界取向差數(shù)值分布。

圖7 70%變形量多自由度成形7075鋁合金板材固溶處理15s、30s、45s晶體學(xué)分析：(a₁-a₃)晶粒取向圖, (b₁-b₃) 晶粒相對取向圖, (c₁-c₃)極圖和反極圖, (d₁-d₃) 沿箭頭晶粒相對取向數(shù)值和晶界取向差數(shù)值分布。

圖8 7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機(jī)理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細(xì)晶有效遺傳機(jī)理。

圖9 不同狀態(tài)7075鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形晶粒取向圖：(a) 未變形+T6熱處理, (b) 10%變形量+T6熱處理, (c) 20%變形量+T6熱處理, (d) 70%變形量+T6熱處理。

圖10 不同狀態(tài)7075鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形晶內(nèi)取向差圖：(a) 未變形+T6熱處理, (b) 10%變形量+T6熱處理, (c) 20%變形量+T6熱處理, (d) 70%變形量+T6熱處理。

圖11 不同狀態(tài)7075鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)拉伸等效應(yīng)力晶體塑性力學(xué)模擬結(jié)果。

圖12 多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形斷裂機(jī)理。

05總結(jié)與展望

本文提出了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理工藝制備方法，實(shí)現(xiàn)了7075鋁合金板材強(qiáng)度塑性協(xié)同提升。與原始板坯相比，70%變形量多自由度成形-T6熱處理?xiàng)l件下7075鋁合金板材屈服強(qiáng)度提升13.63%，延伸率提升80.55%。深入研究7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強(qiáng)度塑性協(xié)同提升內(nèi)在機(jī)理，主要?dú)w因于細(xì)晶有效遺傳、強(qiáng)化相彌散細(xì)化、織構(gòu)均勻化這三方面因素共同作用。該研究成果為鋁合金構(gòu)件高強(qiáng)度高塑性制造提供了理論指導(dǎo)和工藝方法。

06作者介紹

胡軒（第一作者），武漢理工大學(xué)博士后，2021年在武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院獲得博士學(xué)位，隨后進(jìn)入武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院工作，主要從事高強(qiáng)鋼與高強(qiáng)鋁合金多自由度包絡(luò)成形-熱處理組織性能研究工作，參與了國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目的研究工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文19篇，其中以第一作者和通訊作者發(fā)表SCI論文10篇，申請中國發(fā)明專利8項(xiàng)。

韓星會（通訊作者），武漢理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。兼任中國機(jī)械制造工藝協(xié)會常務(wù)理事、中國塑性工程學(xué)會塑性理論學(xué)術(shù)委員會副主任委員，《塑性工程學(xué)報(bào)》、《精密成形工程》、Materials等期刊編委。主要研究方向?yàn)楦咝阅鼙”诟呓顦?gòu)件塑性成形制造理論、技術(shù)與裝備，主持了國家自然科學(xué)基金航天聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國防科技創(chuàng)新特區(qū)項(xiàng)目、湖北省杰青等研究課題，發(fā)表SCI論文60余篇，授權(quán)中國發(fā)明專利70余項(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步二等獎。

華林（通訊作者），武漢理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者，中國汽車工程學(xué)會會士。兼任中國機(jī)械工程學(xué)會塑性工程分會理事長，《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《中國機(jī)械工程》編委。主要研究方向?yàn)楦咝阅艹尚沃圃炖碚摗⒓夹g(shù)與裝備，主持了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家科技重大專項(xiàng)等研究課題，研究成果在工業(yè)和國防領(lǐng)域得到生產(chǎn)應(yīng)用，取得了顯著經(jīng)濟(jì)社會效益。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文100余篇，出版專著3部，授權(quán)中國和美國發(fā)明專利80余項(xiàng)，以第一完成人獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎和國家科技進(jìn)步二等獎。

07引用本文

Xuan Hu, Xinghui Han, Lin Hua, Jishi Zhang, Jing Xu, Fang Chai, Wuhao Zhuang, Fangyan Zheng, Microstructure inheriting evolution and strength-plasticity collaborative improvement mechanism of multidirectional rotary forged Al7075 sheets during T6 heat treatment, J. Mater. Sci. Technol. 203 (2024) 14-38.