湖南大学陈江华团队：位错诱导析出对铝合金时效强化的影响

　　预变形对合金的析出行为有一定影响，但是影响机理和生长方式仍需进一步研究。本文发现预变形Al-Mg-Si合金中大部分位错诱导析出相为短程有序相，而长程无序的是多晶析出相和多相复合析出相。位错诱导复杂析出相的形成是由于形核率高和不同析出相的快速生长所致。

　　Al-Mg-Si合金由于具有高的比强度，良好的可成型性，出色的可焊接性和耐蚀性，因此被广泛用于汽车，高铁和飞机等运输领域。Al-Mg-Si合金的优越性能主要来自于时效处理过程中形成的大量弥散的纳米级析出物，可以有效地阻止位错运动。人们普遍认为，Al-Mg-Si合金的析出顺序为：过饱和固溶体→GP区→β''→β'（β'/U1/U2）→β。在工业生产中，时效硬化的铝制品通常需先经过一定程度的预变形（应变＜10%），如矫直或整形，然后再进行时效处理。已有研究证明预变形对合金的析出行为有一定影响，但是影响机理和生长方式仍需进一步研究。

　　湖南大学材料学院院长陈江华教授团队探讨了两种具有代表性的Al-Mg-Si合金中位错诱导析出相的微观结构及其对基体析出相和时效硬化的影响。相关论文于以题为“Structures and formation mechanisms of dislocation-induced precipitates in relation to the age-hardening responses of Al-Mg-Si alloys”近日发表在国内期刊Journal of Materials Science&Technology。

论文链接：

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

　　研究人员选用的两种Al-Mg-Si合金分别为：A合金（Mg-Si平衡）和B合金（富Mg），变形量为5%，时效温度为250℃，时效工艺为直接人工时效（简称为AA处理），微变形+人工时效（简称为PDA处理）。研究发现微变形Al-Mg-Si合金中除少量β'(/B'/B'-2)析出相外，大部分位错诱导析出相为短程有序相，而长程无序的是多晶析出相和多相复合析出相，包括多晶U2相、B'/U2、B'-2/U2、B'/B'-2/U2和B'/U2复合相。

　　在Mg/Si比值较低的合金A中，多晶U2相和与B'(/B'-2)相关的复合析出相所占比例较高，而在Mg/Si比较高的合金B中，β'/U2复合析出相所占比例较高。位错诱导复杂析出相的形成是由于形核率高和不同析出相的快速生长所致。此外，它们平行生长的原因是尽管它们可以围绕生长方向旋转，但它们的易生长方向都平行于相关的位错线。

图1经AA处理（a）和PDA处理（b）的合金的整体析出相微观结构

图2峰时效后AA处理的(a)和PDA处理的(b-f)合金A中典型的析出物

图3 AA处理(a，c)和PDA处理(b，d)B合金峰时效后，整体析出相和相应的基体析出相

图4Al-Mg-Si合金中B'(a)，U2(b)，β'(c)和β'-2(d)的晶胞示意图

图5位错诱导的B'/B'-2/U2复合相的原子分辨率图像

图6位错诱导的B'-2/U2复合相的原子分辨率图像

图7位错诱导的B'/U2复合相的原子分辨率图像

图8位错诱导的B'/B'-2复合相的原子分辨率图像

　　材料性能测试结果表明，PDA处理的合金具有较高的时效硬化能力。PDA处理的合金A的析出组织较粗大，而PDA处理的合金B的析出路径发生逆转，导致前者时效硬化潜力降低，后者时效硬化潜力提高。这与本研究揭示的位错诱导沉淀复合相的结构和形成机制密切相关。

　　总的来说，本文系统地研究了两种具有代表性的Al-Mg-Si合金中位错诱导析出相的微观结构及其对基体析出相和时效硬化的影响，为以后实际生产中设计合金成分和通过预变形调控组织性能提供了理论基础，为微变形工艺参数的制定提供了一定参考。