AA5052（Al-Mg）合金因其優(yōu)異的耐腐蝕性，可焊接性，良好的可成型性，高疲勞強(qiáng)度（高循環(huán)和低循環(huán)）以及耐沖擊性而廣泛用于航空航天，汽車，船舶，建筑和包裝行業(yè)。但是，有關(guān)AA5052合金的主要問題是其中等強(qiáng)度。這種合金通常被歸類為不可熱處理的合金，只能通過冷變形激活應(yīng)變硬化機(jī)制而得到強(qiáng)化。在AA5052合金中同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和延展性是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的問題。據(jù)報(bào)道，通過形成梯度微觀結(jié)構(gòu)可以在許多金屬和合金中實(shí)現(xiàn)良好的強(qiáng)度-延展性平衡。但是，關(guān)于AA5052合金中的梯度組織的形成鮮見報(bào)道。

本文介紹了一種可以在AA5052合金中形成梯度微觀結(jié)構(gòu)的新型技術(shù)，從而改善強(qiáng)度和延展性的平衡。相關(guān)論文以題為“A novel technique to form gradient microstructure in AA5052 alloy”于3月10日發(fā)表在Materials Science and Engineering: A。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301635

通過這種基于熱壓粘接的新技術(shù)制備了具有梯度組織的AA5052合金。該材料采用重復(fù)五道次的加工工藝，發(fā)現(xiàn)通過熱壓粘接形成了具有應(yīng)變硬化形核和邊部晶粒細(xì)化的梯度微結(jié)構(gòu)。在處理后的樣品表面附近發(fā)生了一些重結(jié)晶機(jī)制，包括不連續(xù)動(dòng)態(tài)重結(jié)晶（DDRX），幾何動(dòng)態(tài)重結(jié)晶（GDRX）和顆粒激發(fā)形核（PSN）。表面和中厚附近的主要強(qiáng)化機(jī)制分別是晶界強(qiáng)化和應(yīng)變硬化。在四分之一厚度中，激活了晶界強(qiáng)化和應(yīng)變硬化的組合。
 

圖1 梯度微觀結(jié)構(gòu)形成的示意圖


圖2 兩個(gè)放大倍率下第五次道次樣品的顯微結(jié)構(gòu)，（a，b）表面附近；（c，d）四分之一厚度；（e，f）中間厚度

熱壓粘接后，AA5052的極限拉伸強(qiáng)度（280.7 MPa）顯著提高，而延展性卻沒有太大損失（18.9%）。相比之下，本AA5052合金的強(qiáng)度和延展性的良好組合，使其與先前報(bào)道的其他技術(shù)加工的AA5052合金有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著加工道次的增加，臨界應(yīng)變和應(yīng)力增加。在第三，第四和第五道次后，梯度微結(jié)構(gòu)的形成降低了PLC效應(yīng)的嚴(yán)重性，首次觀察到應(yīng)變硬化率的恢復(fù)。在較高的道次（第四和第五）下，由于高壓（壓縮粘結(jié)期間）和高溫（預(yù)熱處理和壓縮期間），粘結(jié)界面變得狹窄，促進(jìn)了擴(kuò)散，可以形成牢固的冶金結(jié)合。隨著與表面的距離增加，斷裂表面的凹坑深度逐漸增加。另一方面，隨著道次的增加，形成更多的再結(jié)晶細(xì)晶粒，所以凹坑的尺寸減小了。
 

圖3 初始和處理后樣品的顯微硬度曲線


圖4 初始和處理后樣品的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線


圖5 不同道次處理后的AA5052斷裂面

總的來說，梯度微結(jié)構(gòu)為制備兼具強(qiáng)度和塑性的材料提供了可能性。具有梯度微結(jié)構(gòu)的樣品通過激活應(yīng)變硬化率獲而得相當(dāng)大的應(yīng)變硬化能力，進(jìn)而促進(jìn)抗拉強(qiáng)度和延展性的良好平衡。該技術(shù)首次在AA5052樣品中形成梯度微結(jié)構(gòu)材料，為不可熱處理強(qiáng)化鋁合金在強(qiáng)韌性方面提供一種新方向，解決了中等強(qiáng)度鋁合金在強(qiáng)韌性平衡的難題。