昆工《Alloys and Compounds》：设计铝合金高温热加工工艺 实现不同尺度析出相的组织调控

　　导读：对Al-1.2Mg-2.4Si-1.2Cu-0.6Mn合金进行了400～550°C和0.05～1 s-¹下的热压缩试验，并利用固有方程和加工图评估了铝合金的热加工性能，以优化热压变形条件下的变形参数。利用OM、SEM、TEM和EBSD研究了热压后铝合金的微观结构，确定了不同变形温度和应变速率下的变形机制。

　　随着社会的发展和道路车辆数量的增加，交通基础设施的负担也随之增加。为了减少能源消耗和资源压力，应该采取另一种措施，即升级公路护栏材料。Al-Mg-Si合金是最常见的铝合金，具有强度/质量比高、成形性好、耐腐蚀性强、可回收性高等特性，是目前使用的钢铁和水泥等较重材料的最佳替代品，并有可能降低运输业对减重的需求和资源回收利用的压力。

然而，传统的铸造方法由于冷却速度慢、合金组织晶粒粗大和成分偏析等原因，无法生产出高强度和高韧性合金。同时，还会对合金在高温下的可加工性造成很大限制，进而影响产品的力学性能。铝合金制造中最关键的环节之一是热变形过程。在高温变形过程中，合金会经历动态复原(DRV)、动态再结晶(DRX)和动态演化（如溶解、生长和沉淀）。这些微观结构演变行为会对合金的流动行为和最终微观结构产生重大影响。因此，要设计和开发具有最佳加工性能的挤压铝板合金，就必须全面了解合金的热变形机制。合金的热变形行为通常用基本参数流动应力来量化。

近年来，研究人员对某些铝合金在热压缩过程中的流动应力行为进行了研究，并还提出了各种构成方程来描述其热变形行为。Al-Mg-Si合金生产过程中存在的问题通常与变形参数密切相关。然而，目前鲜少有关于Al-1.2Mg-2.4Si-1.2Cu-0.6Mn热变形行为的研究。

近日，昆明理工大学李祖来教授团队研究了Al-1.2Mg-2.4Si-1.2Cu-0.6Mn合金在不同变形温度和应变率下的热变形行为，并建立构成方程。研究成果以题为“Flow behavior and microstructural evolution of Al-1.2Mg-2.4Si-1.2Cu-0.6Mn alloy during hot compression”发表于金属期刊《Journal of Alloys and Compounds》。昆明理工大学材料科学与工程学院李祖来教授课题组的硕士研究生杨智祥是论文的第一作者，张飞老师和李祖来老师是本论文的共同通讯作者。此工作在昆明理工大学硕士研究生石一凡、韦贺老师、肖寒老师的帮助下完成。

　　结果表明，变形温度对合金的流动行为和微观结构演变具有重要影响。压缩温度越高，流变应力峰值越低，峰值出现的时间越早。然而，热变形温度越低，峰值应力的下降趋势越明显。合金的峰值流动应力随应变速率的增加而增加，后随峰值下降，这表明动态恢复和动态再结晶过程产生了软化效应。

　　试验合金的变形活化能（Q）为180.671 2 kJ/mol，主要变形机制是动态回复。450℃以下的稳态流动归因于动态回复，而450℃以上和低应变率下的软化流动则与析出物的动态再结晶和动态转变有关。当变形温度低于450℃时，合金会出现大量的缺陷区域，并伴随粗大的析出物析出，对合金的整体性能产生一定程度的破坏。在变形温度高于525℃时，压缩合金容易产生热裂纹缺陷，析出相较粗，同时伴随着析出量的减少。

　　在450～500℃的温度范围内，挤压速率对合金析出相的影响比其他温度下更大。随着应变速率的增加，Mg2Si相减少，而Al（Fe，Mn）Si共晶相的析出增加。Mn相纳米颗粒对合金的变形行为有特殊影响。在高温条件下的变形过程中，这些颗粒在一定程度上阻碍了新亚晶界的迁移和晶粒的粗化。此外，这些粒子还能有效地钉住位错，加速位错纠缠的产生。