第一作者：胡軒

通訊作者：韓星會、華林

通訊單位：武漢理工大學

DOI: 10.1016/j.jmst.2024.03.043

01全文速覽

研究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理組織性能遺傳演變行為，闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細晶有效遺傳機理，探究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強度塑性協同提升機理。

02研究背景

7075鋁合金板材憑借其卓越的性能，成為航空航天領域關鍵材料之一。隨著航空航天技術不斷發展，對該材料的強度與塑性協同提升需求日益顯著。本團隊前期研究發現多自由度成形提高剪切應力、促進金屬多向流動，能夠高效實現7075 鋁合金板材晶粒細化至亞微米尺度。然而，7075 鋁合金板材多自由度成形細化組織在后續T6熱處理過程中遺傳演變規律尚不清楚，這一遺傳演變規律是影響7075 鋁合金板材最終力學性能的關鍵因素。基于此，本研究對7075 鋁合金板材進行多自由度成形-T6熱處理全流程制備，通過多種表征實驗手段和晶體塑性力學模擬方法，研究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理組織性能遺傳演變行為，闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細晶有效遺傳機理，探究了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強度塑性協同提升機理。

03本文亮點

闡明了7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細晶有效遺傳機理

通過多自由度成形和T6熱處理有效實現了7075鋁合金板材強度塑性協同提升

采用微觀測試實驗和晶體塑性力學模擬探討了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強度塑性協同提升機理

04圖文解析

圖1  (a)多自由度成形-T6熱處理示意圖; (b) 組織性能取樣區域。

圖2  不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材晶體取向圖:(a) 未變形, (b) 10%變形量, (c) 20%變形量, (d) 30%變形量 (e) 40%變形量, (f) 50%變形量, (g) 60%變形量, (h) 70%變形量。

圖3 不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材{111}極圖。

圖4 不同變形量多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材η’相TEM分布圖: (a) 未變形, (b) 10%變形量, (c) 20%變形量, (d) 70%變形量。

圖5 (a) 7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理力學性能演變規律以及(b) 與文獻其他類似材料的對比。

圖6 20%變形量多自由度成形7075鋁合金板材固溶處理3min、6min、9min晶體學分析：(a₁-a₃)晶粒取向圖, (b₁-b₃)晶粒相對取向圖, (c₁-c₃)極圖和反極圖, (d₁-d₃)沿箭頭晶粒相對取向數值和晶界取向差數值分布。

圖7 70%變形量多自由度成形7075鋁合金板材固溶處理15s、30s、45s晶體學分析：(a₁-a₃)晶粒取向圖, (b₁-b₃) 晶粒相對取向圖, (c₁-c₃)極圖和反極圖, (d₁-d₃) 沿箭頭晶粒相對取向數值和晶界取向差數值分布。

圖8 7075鋁合金板材20%變形量多自由度成形-T6熱處理晶粒異常長大機理和70%變形量多自由度成形-T6熱處理細晶有效遺傳機理。

圖9 不同狀態7075鋁合金板材準靜態拉伸變形晶粒取向圖：(a) 未變形+T6熱處理, (b) 10%變形量+T6熱處理, (c) 20%變形量+T6熱處理, (d) 70%變形量+T6熱處理。

圖10 不同狀態7075鋁合金板材準靜態拉伸變形晶內取向差圖：(a) 未變形+T6熱處理, (b) 10%變形量+T6熱處理, (c) 20%變形量+T6熱處理, (d) 70%變形量+T6熱處理。

圖11 不同狀態7075鋁合金板材準靜態拉伸等效應力晶體塑性力學模擬結果。

圖12 多自由度成形-T6熱處理7075鋁合金板材準靜態拉伸變形斷裂機理。

05總結與展望

本文提出了7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理工藝制備方法，實現了7075鋁合金板材強度塑性協同提升。與原始板坯相比，70%變形量多自由度成形-T6熱處理條件下7075鋁合金板材屈服強度提升13.63%，延伸率提升80.55%。深入研究7075鋁合金板材多自由度成形-T6熱處理強度塑性協同提升內在機理，主要歸因于細晶有效遺傳、強化相彌散細化、織構均勻化這三方面因素共同作用。該研究成果為鋁合金構件高強度高塑性制造提供了理論指導和工藝方法。

06作者介紹

胡軒（第一作者），武漢理工大學博士后，2021年在武漢理工大學材料科學與工程學院獲得博士學位，隨后進入武漢理工大學汽車工程學院工作，主要從事高強鋼與高強鋁合金多自由度包絡成形-熱處理組織性能研究工作，參與了國家自然科學基金區域創新發展聯合基金重點項目、國家自然科學基金面上項目等項目的研究工作，發表學術論文19篇，其中以第一作者和通訊作者發表SCI論文10篇，申請中國發明專利8項。

韓星會（通訊作者），武漢理工大學教授，博士生導師。兼任中國機械制造工藝協會常務理事、中國塑性工程學會塑性理論學術委員會副主任委員，《塑性工程學報》、《精密成形工程》、Materials等期刊編委。主要研究方向為高性能薄壁高筋構件塑性成形制造理論、技術與裝備，主持了國家自然科學基金航天聯合基金重點項目、國防科技創新特區項目、湖北省杰青等研究課題，發表SCI論文60余篇，授權中國發明專利70余項，獲國家科技進步二等獎。

華林（通訊作者），武漢理工大學教授，博士生導師，國家杰出青年基金獲得者，中國汽車工程學會會士。兼任中國機械工程學會塑性工程分會理事長，《機械工程學報》、《中國機械工程》編委。主要研究方向為高性能成形制造理論、技術與裝備，主持了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃、國家科技重大專項等研究課題，研究成果在工業和國防領域得到生產應用，取得了顯著經濟社會效益。在國內外學術期刊發表論文100余篇，出版專著3部，授權中國和美國發明專利80余項，以第一完成人獲得國家技術發明二等獎和國家科技進步二等獎。

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.