導讀：本文首次在商用 7xxx 鋁合金中發現了超低溫超塑性。這一發現有助于開發具有增強使用性能的復雜形狀產品的超塑性成形新技術。超細晶粒 (UFG) 合金在各種應用中的重要優勢源于其增強的超塑性性能。然而，降低超塑性的溫度并在較低的溫度和較高的應變率下提供超塑性成形仍然是一個挑戰。本文首次公開了當 UFG 材料具有特定合金元素的晶界偏析時，晶界滑動和旋轉增強的機制。這種方法能夠在低于 0.5（即低于 200°C）的超低同源溫度下實現商用鋁合金的超塑性，這對于開發用于制造具有增強使用性能的復雜形狀金屬零件的新高效技術非常重要。

材料的超塑性是一個重要的科學研究領域，因為它在流動機制領域提出了重大挑戰，并且因為它構成了商業超塑性成形工業的基礎，在該工業中，由超塑性金屬形成復雜形狀和彎曲部件 。

眾所周知，必須滿足兩個基本要求才能實現超塑性流動。首先，超塑性需要非常小的晶粒尺寸，通常小于 10 μm。其次，超塑性是一種以晶界 (GB) 滑動為主要流動機制的擴散控制過程，因此，它需要相對較高的測試溫度，通常在 ~0.7–0.8 × T m或更高?，其中T m是材料的絕對熔化溫度。與此同時，近二十年來通過嚴重塑性變形（SPD）加工獲得納米級超細晶粒的金屬材料的發展為超塑性領域的新發現鋪平了道路。

在本文中，新的 GB 方法首次對 Al-Zn-Mg-Zr 鋁合金進行了研究和論證。之所以選擇這種廣泛使用的具有多合金元素的 Al-Zn-Mg (7xxx) 系列時效硬化合金，是因為它是鋁工業的基本材料之一。這些合金通常在常規處理后使用，平均晶粒尺寸為 5-10 μm，它們可以超塑性變形，總伸長率為 300-500%，但只能在約 500°C 的高溫下（~ 0.8 × T m )。此處介紹的工作報告了一種由超細晶 Al-Zn-Mg-Zr 合金中的 GB 偏析控制的獨特晶界行為，該合金可以超塑性變形，在低于 170°C 的溫度范圍內達到創紀錄的 500% 的總伸長率(0.47 ×? T m )。

圖 1. UFG Al-Zn-Mg-Zr 合金的超低溫超塑性特征

圖 3.樣品在 170°C 和 5 × 10 -4 ?s -1應變速率下超塑性變形的微觀結構(a) 低倍 STEM-HAADF 圖像顯示含 Zn 顆粒（亮顆粒）和 Zn-富鋁/鋁晶界（由綠色箭頭表示），（b）高倍率 HAADF 圖像顯示富鋅晶界（形成明亮成像的三重結）。(c-e) 分別為 Al、Mg 和 Zn 的相應 EDS 圖。(f) 沿邊界的 EDS 線輪廓分析，由 HAADF 圖像中的箭頭標記，顯示了 HPT 處理的 UFG 樣品中 Zn 和 Mg 原子偏析到 Al/Al 晶界中。

綜上所述，所進行的研究首次證明了 7xxx 系列傳統鋁合金存在極低溫超塑性的可能性。這種效應的起源與通過 SPD 處理形成 UFG 結構有關，其中 Zn 偏析存在于晶界，在較低溫度下提供加速擴散和增強滑動。低溫超塑性的發現為開發在室溫操作條件下表現出高結構強度的復雜形狀產品的超塑性成形新技術創造了機會。