為了促進汽車的進一步輕量化和減輕重量，增加鋁合金的使用將是有益的。然而，如果鋁合金要適用于高級應用，就必須解決其良好的成型性和高強度之間的權(quán)衡問題。交叉合金可以極大地幫助解決這個問題：通過將5xxx系列合金的高鎂含量（良好的成型性）與7xxx系列合金的沉淀硬化能力（5/7交叉）相結(jié)合，克服了權(quán)衡的需要。通過保持Mg/Zn比率<1，通過T相析出實現(xiàn)硬化。T相(Mg32(Al,Zn)49)每個晶胞有162個原子，成分范圍很廣，具體取決于合金成分和所采用的熱處理。還可以通過添加Ag或Cu來增強沉淀，這會增加Guinier-Preston(GP)區(qū)形成的數(shù)密度。然而，新型5/7交叉合金的沉淀序列尚未得到充分探索。

來自奧地利萊奧本礦業(yè)大學的學者介紹了一種可時效硬化的細晶粒AlMgZnCu交叉合金，用于超塑性和快速塑性成型工藝。該研究利用T相(Mg32(Al,Zn)49)進行晶粒細化和時效硬化。它部署了均勻分布的μm尺寸的T相顆粒，這些顆?？梢栽谧罱K固溶退火時溶解，并用于板材工業(yè)加工過程中的重粒子受激成核(PSN)，以達到等軸晶粒尺寸低至4μm。這種細小的晶粒尺寸有利于鋁合金的高溫成形。當在470℃下以10?2 s?1或5*10?5 s?1的應變率變形時，伸長率超過200%和400%，有趣的是，即使保持在該溫度下，細晶結(jié)構(gòu)也非常穩(wěn)定。此外，在水或壓縮空氣中淬火的烤漆熱處理后，該材料達到了超過380 MPa的屈服強度值。該研究證明了PSN的重要性，并通過簡單的T相粒子晶粒細化模型對其進行了描述。它根據(jù)隨機晶界取向差分布結(jié)合觀察到的高溶質(zhì)含量，通過溶解的T相和Smith-Zener釘扎，探索了細晶粒組裝體的高穩(wěn)定性。使用可溶性T相展示的簡單、可商用的晶粒細化策略，以及由此產(chǎn)生的獨特性能概況，使所討論的交叉合金成為高溫板材成型工藝的有前途的候選者。相關文章以“Fine-grained aluminium crossover alloy for high-temperature sheet forming”標題發(fā)表在Acta Materialia。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118952

圖1.冷軋5/7交叉合金的SEM-BSE顯微照片（a）；發(fā)現(xiàn)的顆粒的EDX圖表明T相(b)，這可以通過XRD分析衍射圖(c)進行驗證；與Mackenzie之后的隨機相比，晶界取向錯誤的分布(d)。

圖2.R2后合金中彌散質(zhì)的STEM/EDX圖；HAADF圖像的比例尺也適用于EDX圖像。

圖3.再結(jié)晶退火(380℃/5 min/WQ)(a)和固溶退火(480℃/1 min/WQ)(b)后板材的SEM/BSE顯微組織圖像。

圖4.熱處理后具有58%CRD的材料的SEM-EBSD IPF映射和>5°晶界：鹽浴R1中的再結(jié)晶退火（380℃/5分鐘）（a）；在空氣爐R4中固溶退火(480℃/35分鐘)(b);歸一化粒度分布的直方圖(c)；與Mackenzie之后的隨機相比，晶界取向錯誤的分布(d)。

圖5.熱處理后具有85%CRD的材料的SEM-EBSD IPF映射和>5°晶界：鹽浴中再結(jié)晶退火(380℃/5 min)(a)；在空氣爐中進行固溶退火(480℃/35分鐘)(b)；歸一化粒度分布的直方圖(c)；與Mackenzie之后的隨機相比，晶界取向錯誤的分布(d)。

圖6.在鹽浴中固溶退火后具有58%CRD的板材的真應力-真應變曲線(480℃/1分鐘)。測試在470℃的溫度和1·10?2 s?1（灰色）、5·10?4 s?1（藍色）和5·10?5 s?1（黃色）的恒定應變率下進行（a）。以1·10?5 s?1的應變率進行拉伸測試前后的樣品，采樣位置以紅色顯示，網(wǎng)格單元尺寸為1 cm(b)。

圖7.熱處理后具有58%CRD的材料的SEM-EBSD IPF映射和>5°晶界：在鹽浴中固溶退火和(480℃/1分鐘)和隨后的高溫拉伸測試(470℃/24小時)(a);Mackenzie之后的晶界取向差分布與隨機分布相比(b)；靠近斷裂面的變形區(qū)域的EBSD帶對比顯微照片,測試溫度470℃，應變率為10?2 s?1(c)、5*10?4 s?1(d)和5*10?5 s?1(e)。

圖8.在鹽浴（480℃/1分鐘）中進行溶質(zhì)退火（SA）后1 mm 5/7交叉板的機械性能，在SA和烤漆后進行水淬（WQ）和壓縮空氣淬火（PB)(180℃/20分鐘);在SA之后進行預老化(PA)(100℃/5 h)，在PA和PB之間部署25℃的14天自然老化(NA)。

圖9.冷軋板在鹽浴中380℃3秒后的EBSD顯微照片；使用Al矩陣T相的IPF著色在RD-ND平面中映射(a)；KAM圖（第5階），以黃色(b)覆蓋富鋅數(shù)據(jù)點（T相指標）；容差角為10°的相關紋理分量，富鋅數(shù)據(jù)點再次呈黃色(c)。

圖10.PSN在5/7交叉合金中通過溶質(zhì)原子進行后續(xù)穩(wěn)定的晶粒細化過程示意圖

圖11.對于具有58%(a)和85%(c)CRD的樣品，在R1之后的條件下，在phi2=0°、45°和65°處的取向分布函數(shù)截面；對于具有58%(b)和85%(d)CRD的樣品，在R2之后；在R5之后，對于具有58%CRD(e)的樣品。

本研究提出了一種工業(yè)上可行的方法來生產(chǎn)晶粒尺寸遠低于10μm的細晶交叉合金，用于板材成形操作。該研究確定了該過程中主要的晶粒細化機制是粒子激發(fā)成核。使用粗T相顆粒。因為該相在再結(jié)晶期間和之后溶解到基體中，所以它不再對機械性能產(chǎn)生與相同尺寸的不可溶解相相同的不利影響。該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性，即使在溶質(zhì)退火后在470℃下保持24小時，也顯示出最小的晶粒生長。晶粒組裝的高穩(wěn)定性首先是由于溶質(zhì)含量對晶界流動性的影響增加，這是由近隨機晶界取向差分布引起的。其次，可以清楚地表明，存在的彌散體表現(xiàn)出的尺寸限制（3.2μm）。這意味著在一次再結(jié)晶之后，晶粒集合體已經(jīng)超過臨界晶粒尺寸，并且無法預見正常的晶粒生長。高溫拉伸測試表明合金適用于超塑性和快速塑性成型工藝。這些合金在這些條件下分別實現(xiàn)了高達445%和235%的伸長率值，這些數(shù)字與工業(yè)上建立的合金所具有的特征相當。該研究說明了基于兩種不同淬火速率的合金保留的高時效硬化潛力。獨立于任何一個，合金在接近400 MPa的屈服強度和500 MPa的拉伸強度的烤漆循環(huán)后顯示出時效硬化響應。上述性能以及它們在簡單生產(chǎn)和大規(guī)模商業(yè)應用方面的潛力，使細晶粒5/7-鋁交叉合金非常有希望用于高溫板材成型操作。（文：SSC）