第一作者：胡轩

通讯作者：韩星会、华林

通讯单位：武汉理工大学

DOI: 10.1016/j.jmst.2024.03.043

01全文速览

研究了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理组织性能遗传演变行为，阐明了7075铝合金板材20%变形量多自由度成形-T6热处理晶粒异常长大机理和70%变形量多自由度成形-T6热处理细晶有效遗传机理，探究了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理强度塑性协同提升机理。

02研究背景

7075铝合金板材凭借其卓越的性能，成为航空航天领域关键材料之一。随着航空航天技术不断发展，对该材料的强度与塑性协同提升需求日益显著。本团队前期研究发现多自由度成形提高剪切应力、促进金属多向流动，能够高效实现7075 铝合金板材晶粒细化至亚微米尺度。然而，7075 铝合金板材多自由度成形细化组织在后续T6热处理过程中遗传演变规律尚不清楚，这一遗传演变规律是影响7075 铝合金板材最终力学性能的关键因素。基于此，本研究对7075 铝合金板材进行多自由度成形-T6热处理全流程制备，通过多种表征实验手段和晶体塑性力学模拟方法，研究了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理组织性能遗传演变行为，阐明了7075铝合金板材20%变形量多自由度成形-T6热处理晶粒异常长大机理和70%变形量多自由度成形-T6热处理细晶有效遗传机理，探究了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理强度塑性协同提升机理。

03本文亮点

阐明了7075铝合金板材20%变形量多自由度成形-T6热处理晶粒异常长大机理和70%变形量多自由度成形-T6热处理细晶有效遗传机理

通过多自由度成形和T6热处理有效实现了7075铝合金板材强度塑性协同提升

采用微观测试实验和晶体塑性力学模拟探讨了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理强度塑性协同提升机理

04图文解析

图1  (a)多自由度成形-T6热处理示意图; (b) 组织性能取样区域。

图2  不同变形量多自由度成形-T6热处理7075铝合金板材晶体取向图:(a) 未变形, (b) 10%变形量, (c) 20%变形量, (d) 30%变形量 (e) 40%变形量, (f) 50%变形量, (g) 60%变形量, (h) 70%变形量。

图3 不同变形量多自由度成形-T6热处理7075铝合金板材{111}极图。

图4 不同变形量多自由度成形-T6热处理7075铝合金板材η’相TEM分布图: (a) 未变形, (b) 10%变形量, (c) 20%变形量, (d) 70%变形量。

图5 (a) 7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理力学性能演变规律以及(b) 与文献其他类似材料的对比。

图6 20%变形量多自由度成形7075铝合金板材固溶处理3min、6min、9min晶体学分析：(a₁-a₃)晶粒取向图, (b₁-b₃)晶粒相对取向图, (c₁-c₃)极图和反极图, (d₁-d₃)沿箭头晶粒相对取向数值和晶界取向差数值分布。

图7 70%变形量多自由度成形7075铝合金板材固溶处理15s、30s、45s晶体学分析：(a₁-a₃)晶粒取向图, (b₁-b₃) 晶粒相对取向图, (c₁-c₃)极图和反极图, (d₁-d₃) 沿箭头晶粒相对取向数值和晶界取向差数值分布。

图8 7075铝合金板材20%变形量多自由度成形-T6热处理晶粒异常长大机理和70%变形量多自由度成形-T6热处理细晶有效遗传机理。

图9 不同状态7075铝合金板材准静态拉伸变形晶粒取向图：(a) 未变形+T6热处理, (b) 10%变形量+T6热处理, (c) 20%变形量+T6热处理, (d) 70%变形量+T6热处理。

图10 不同状态7075铝合金板材准静态拉伸变形晶内取向差图：(a) 未变形+T6热处理, (b) 10%变形量+T6热处理, (c) 20%变形量+T6热处理, (d) 70%变形量+T6热处理。

图11 不同状态7075铝合金板材准静态拉伸等效应力晶体塑性力学模拟结果。

图12 多自由度成形-T6热处理7075铝合金板材准静态拉伸变形断裂机理。

05总结与展望

本文提出了7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理工艺制备方法，实现了7075铝合金板材强度塑性协同提升。与原始板坯相比，70%变形量多自由度成形-T6热处理条件下7075铝合金板材屈服强度提升13.63%，延伸率提升80.55%。深入研究7075铝合金板材多自由度成形-T6热处理强度塑性协同提升内在机理，主要归因于细晶有效遗传、强化相弥散细化、织构均匀化这三方面因素共同作用。该研究成果为铝合金构件高强度高塑性制造提供了理论指导和工艺方法。

06作者介绍

胡轩（第一作者），武汉理工大学博士后，2021年在武汉理工大学材料科学与工程学院获得博士学位，随后进入武汉理工大学汽车工程学院工作，主要从事高强钢与高强铝合金多自由度包络成形-热处理组织性能研究工作，参与了国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目等项目的研究工作，发表学术论文19篇，其中以第一作者和通讯作者发表SCI论文10篇，申请中国发明专利8项。

韩星会（通讯作者），武汉理工大学教授，博士生导师。兼任中国机械制造工艺协会常务理事、中国塑性工程学会塑性理论学术委员会副主任委员，《塑性工程学报》、《精密成形工程》、Materials等期刊编委。主要研究方向为高性能薄壁高筋构件塑性成形制造理论、技术与装备，主持了国家自然科学基金航天联合基金重点项目、国防科技创新特区项目、湖北省杰青等研究课题，发表SCI论文60余篇，授权中国发明专利70余项，获国家科技进步二等奖。

华林（通讯作者），武汉理工大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，中国汽车工程学会会士。兼任中国机械工程学会塑性工程分会理事长，《机械工程学报》、《中国机械工程》编委。主要研究方向为高性能成形制造理论、技术与装备，主持了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家科技重大专项等研究课题，研究成果在工业和国防领域得到生产应用，取得了显著经济社会效益。在国内外学术期刊发表论文100余篇，出版专著3部，授权中国和美国发明专利80余项，以第一完成人获得国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖。

07引用本文

Xuan Hu, Xinghui Han, Lin Hua, Jishi Zhang, Jing Xu, Fang Chai, Wuhao Zhuang, Fangyan Zheng, Microstructure inheriting evolution and strength-plasticity collaborative improvement mechanism of multidirectional rotary forged Al7075 sheets during T6 heat treatment, J. Mater. Sci. Technol. 203 (2024) 14-38.