湖南大學陳江華院長團隊：位錯誘導析出對鋁合金時效強化的影響！_風聞

預變形對合金的析出行為有一定影響，但是影響機理和生長方式仍需進一步研究。本文發現預變形Al-Mg-Si合金中大部分位錯誘導析出相為短程有序相，而長程無序的是多晶析出相和多相複合析出相。位錯誘導複雜析出相的形成是由於形核率高和不同析出相的快速生長所致。

Al-Mg-Si合金由於具有高的比強度，良好的可成型性，出色的可焊接性和耐蝕性，因此被廣泛用於汽車，高鐵和飛機等運輸領域。Al-Mg-Si合金的優越性能主要來自於時效處理過程中形成的大量彌散的納米級析出物，可以有效地阻止位錯運動。人們普遍認為，Al-Mg-Si合金的析出順序為：過飽和固溶體→GP區→β’’→β’（β’/U1/U2）→β。在工業生產中，時效硬化的鋁製品通常需先經過一定程度的預變形（應變＜10%），如矯直或整形，然後再進行時效處理。已有研究證明預變形對合金的析出行為有一定影響，但是影響機理和生長方式仍需進一步研究。

湖南大學材料學院院長陳江華教授團隊探討了兩種具有代表性的Al-Mg-Si合金中位錯誘導析出相的微觀結構及其對基體析出相和時效硬化的影響。相關論文於以題為“Structures and formation mechanisms of dislocation-induced precipitates in relation to the age-hardening responses of Al-Mg-Si alloys”近日發表在國內期刊Journal of Materials Science & Technology。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030219304207

研究人員選用的兩種Al-Mg-Si合金分別為：A合金（Mg-Si平衡）和B合金（富Mg），變形量為5%，時效温度為250℃，時效工藝為直接人工時效（簡稱為AA處理），微變形+人工時效（簡稱為PDA處理）。研究發現微變形Al-Mg-Si合金中除少量β’ (/B’/B’-2)析出相外，大部分位錯誘導析出相為短程有序相，而長程無序的是多晶析出相和多相複合析出相，包括多晶U2相、B’/U2、B’-2/U2、B’/B’-2/U2和B’/U2複合相。

在Mg/Si比值較低的合金A中，多晶U2相和與B’ (/B’-2)相關的複合析出相所佔比例較高，而在Mg/Si比較高的合金B中，β’/U2複合析出相所佔比例較高。位錯誘導複雜析出相的形成是由於形核率高和不同析出相的快速生長所致。此外，它們平行生長的原因是儘管它們可以圍繞生長方向旋轉，但它們的易生長方向都平行於相關的位錯線。

圖1經AA處理（a）和PDA處理（b）的合金的整體析出相微觀結構

圖2 峯時效後AA處理的(a)和PDA處理的(b-f)合金A中典型的析出物

圖3 AA處理(a，c)和PDA處理(b，d)B合金峯時效後，整體析出相和相應的基體析出相

圖4Al-Mg-Si合金中B’ (a)，U2 (b)，β’ (c)和β’-2 (d)的晶胞示意圖

圖5 位錯誘導的B’/B’-2/U2複合相的原子分辨率圖像

圖6 位錯誘導的B’-2/U2複合相的原子分辨率圖像

圖7 位錯誘導的B’/U2複合相的原子分辨率圖像

圖8 位錯誘導的B’/B’-2複合相的原子分辨率圖像

材料性能測試結果表明，PDA處理的合金具有較高的時效硬化能力。PDA處理的合金A的析出組織較粗大，而PDA處理的合金B的析出路徑發生逆轉，導致前者時效硬化潛力降低，後者時效硬化潛力提高。這與本研究揭示的位錯誘導沉澱複合相的結構和形成機制密切相關。

總的來説，本文系統地研究了兩種具有代表性的Al-Mg-Si合金中位錯誘導析出相的微觀結構及其對基體析出相和時效硬化的影響，為以後實際生產中設計合金成分和通過預變形調控組織性能提供了理論基礎，為微變形工藝參數的制定提供了一定參考。（文：破風）

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