嚴重塑性變形（SPD）由于能夠有效制備超細晶材料，根據(jù)Hall-Petch關系獲得良好的強化效果，并實現(xiàn)低溫和/或高應變率超塑性而引起了極大的研究興趣。高壓扭轉(zhuǎn)（HPT）和等通道角壓（ECAP）是目前在鋁合金加工過程中廣泛應用的兩種SPD技術。據(jù)報道，經(jīng)HPT處理的AA7075的屈服強度為1 GPa，為了達到如此高的強度，必須激活多種強化機制，包括晶粒細化、應變硬化和析出強化等。了解不同溫度下鋁合金的析出演化一直是研究的主要焦點之一。η相（MgZn2）是Al-Zn-Mg-Cu合金的主要強化相，到目前為止，控制η相溫度依賴性的動力學和熱力學仍有待探索。目前尚不清楚在高溫下形成的η相在低溫處理下是否會出現(xiàn)化學不穩(wěn)定現(xiàn)象。

南京理工大學和悉尼大學的一項共同研究利用兩段HPT加工AA7075合金，對合金晶粒尺寸、析出相、溶質(zhì)偏析進行了綜合分析，了解控制η析出相的溫度依賴性相關的動力學和熱力學，探究了高溫η析出相在低溫HPT處理下的穩(wěn)定性。相關論文以題為“Temperature-dependent-composition ofηphase in an Al-Zn-Mg-Cu alloy under high pressure torsion:Kinetics and thermodynamics”發(fā)表在Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118181

本文原料為商用7075合金，加工成直徑20mm，1.5mm厚圓盤，固溶處理為480℃×5h（水淬），而后進行兩階段HPT處理，第一階段為200℃在6GPa下擠壓3min用以穩(wěn)定溫度，后旋轉(zhuǎn)10圈，處理之后水淬；第二階段為室溫或100℃下旋轉(zhuǎn)0.5、1、5、10圈，處理之后水淬。

研究發(fā)現(xiàn)在200℃的HPT處理下，Al-Zn-Mg-Cu合金中形成的η相與在室溫處理的合金中形成的η相具有不同的化學性質(zhì)。η相（半徑為4 nm）的Zn/Mg比從1.1:1增加到1.4:1，同時，在室溫下，一步HPT形成的大η析出相中，大η顆粒的Cu濃度和Al濃度持續(xù)下降，低溫HPT處理下高溫η相的組成變化表明，熱力學決定了鋁合金中η相的化學成分，由動力學過程實現(xiàn)。在AA7075第二階段HPT加工中首次觀察到高Mg含量Al-Mg相，這與低溫HPT處理下高溫η相的分解有關。

圖1 不同變形狀態(tài)下的晶粒取向(a)第一階段200℃旋轉(zhuǎn)10圈；第二階段在100℃下旋轉(zhuǎn)(b)0.5；(c)1；(d)5；(e)10圈；第二階段在室溫下旋轉(zhuǎn)(f)0.5；(g)1；(h)5；(i)10圈

圖2 AA7075在不同條件下經(jīng)過一階段和二階段HPT處理的三維重建Mg原子圖

圖3 在AA7075中不同尺寸η析出相的核心元素組成

圖4 第二階段室溫處理下AA7075的三維重建并分析了晶界處的元素分布

AA7075第一階段處理后的晶界處，Mg和Cu有明顯的偏析。與第一階段處理的樣品相比，第二階段樣品在晶界處除Mg和Cu外，Zn的偏析更為明顯，這與Zn在高溫處理過程中從基體向η析出相的重新分配有關。低溫HPT處理下η相，不同溫度下的兩段HPT加工為Al-Zn-Mg-Cu合金的新型析出相和控制晶界偏析提供了新方式。本文為Al-Zn-Mg-Cu合金中主要強化相η相的調(diào)控提供了理論基礎。（文：破風）