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金屬頂刊《Acta Materialia》：新方法，實現鋁合金強度巨大提升！

2021-02-01 11:54:37 作者：本網整理來源：材料科學與工程分享至：

隨著交通運輸工具的增加，CO2排放量不斷增大，推動了高強輕質鋁合金在汽車上的發展應用。這類材料面臨的一個主要挑戰是成形性和強度之間的權衡。Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應變硬化性，在嚴重變形部件中得到廣泛應用。在5XXX鋁合金中添加合金元素是常用的提升強度方法，已有研究表明添加Cu和Zn能夠產生有益的影響，預變形也被證實對鋁合金有一定增強，但是還缺乏硬化過程中力學行為演化的研究。

奧地利里奧本大學等單位的研究人員主要針對Al-Mg-Zn合金，提出了一種新的能夠在工業生產實現的熱機械加工工藝，包括短期預時效（100℃×3h）及預變形處理（2%），達到了迄今為止最大的硬化提升（184MPa），強度達到410MPa。相關論文以題為“Giant hardening response in AlMgZn（Cu） alloys”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。更多精彩專業視頻，請關注抖音賬號：材料科學網。

論文鏈接：

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

本研究使用的基礎鋁合金為ENAW-5182，添加Zn和Zn+Cu（以下簡稱為5182-Zn和5182-ZnCu），通過真空感應熔煉、均勻化處理（470℃×24h）、熱軋和冷軋。經過固溶（465℃×35min）+預時效（100℃×3h）稱為TMT1；經過固溶+預時效+預變形（2%）稱為TMT2，烤漆硬化統一為185℃×20min。

研究發現TMT1處理下5182-Zn的強度提升僅47MPa，而5182-ZnCu的屈服強度提高了127MPa，表明了Cu的有益作用。TMT2條件下，5182-Zn和5182-ZnCu強度分別提高了178MPa和184MPa。5182-ZnCu的析出相（GPⅠ區）尺寸較小，且分布密度比5182-Zn高約5倍，說明了Cu對析出相形成和長大的有利影響。

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圖1 不同成分不同預處理后的應力應變曲線（a） ENAW-5182-O；（b）5182-Zn；（c） 5182-ZnCu

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

圖3 5182-Zn在（a） PA；（b） TMT1；（c） TMT2條件下的APT、BF-TEM圖、沿鋁基體（001）軸獲取的DPs、元素分布圖

圖4 5182-ZnCu在（a） PA；（b） TMT1；（c） TMT2條件下的APT、BF-TEM圖、沿鋁基體（001）軸獲取的DPs、元素分布圖

圖5 （a） 5182-Zn和（b） 5182-ZnCu在PS條件下的BF-TEM圖像

預時效后進行預變形（2%），在烤漆過程中強度被進一步提高，本文中提高184MPa的5182-ZnCu和提高178MPa的5182-Zn強度超過其他現有報道的提升，強度提升的同時兩種合金均保持了足夠的延伸率和淬透性。預變形通過位錯輔助溶質遷移增強了兩種合金中析出相的生成，促進了5182-ZnCu中Cu元素的富集，增加了5182-Zn中析出相的密度。

圖6 用BF-STEM探測器對預時效和預變形5182-ZnCu的顯微組織特征進行原位凝固熱處理（a）位錯湮沒；（b）位錯輔助析出相生成；（c）析出相生長合并

在本研究中，提出了新的熱機械加工路線，應用在Al-Mg-Zn（Cu）中充分解決了長期的高強度和良好成形性之間的權衡，取得了令人滿意的平衡。該加工方法條件簡單，符合工業能力范圍，可以充分發揮該加工方法發掘汽車薄板的性能潛力。本文提出的方法將擴大鋁合金在汽車領域的應用，可有助于改善未來汽車車輛的可回收性。

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