導(dǎo)讀：本文首次在商用 7xxx 鋁合金中發(fā)現(xiàn)了超低溫超塑性。這一發(fā)現(xiàn)有助于開(kāi)發(fā)具有增強(qiáng)使用性能的復(fù)雜形狀產(chǎn)品的超塑性成形新技術(shù)。超細(xì)晶粒 (UFG) 合金在各種應(yīng)用中的重要優(yōu)勢(shì)源于其增強(qiáng)的超塑性性能。然而，降低超塑性的溫度并在較低的溫度和較高的應(yīng)變率下提供超塑性成形仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。本文首次公開(kāi)了當(dāng) UFG 材料具有特定合金元素的晶界偏析時(shí)，晶界滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)的機(jī)制。這種方法能夠在低于 0.5（即低于 200°C）的超低同源溫度下實(shí)現(xiàn)商用鋁合金的超塑性，這對(duì)于開(kāi)發(fā)用于制造具有增強(qiáng)使用性能的復(fù)雜形狀金屬零件的新高效技術(shù)非常重要。

材料的超塑性是一個(gè)重要的科學(xué)研究領(lǐng)域，因?yàn)樗诹鲃?dòng)機(jī)制領(lǐng)域提出了重大挑戰(zhàn)，并且因?yàn)樗鼧?gòu)成了商業(yè)超塑性成形工業(yè)的基礎(chǔ)，在該工業(yè)中，由超塑性金屬形成復(fù)雜形狀和彎曲部件 。

眾所周知，必須滿足兩個(gè)基本要求才能實(shí)現(xiàn)超塑性流動(dòng)。首先，超塑性需要非常小的晶粒尺寸，通常小于 10 μm。其次，超塑性是一種以晶界 (GB) 滑動(dòng)為主要流動(dòng)機(jī)制的擴(kuò)散控制過(guò)程，因此，它需要相對(duì)較高的測(cè)試溫度，通常在 ~0.7–0.8 × T m或更高?，其中T m是材料的絕對(duì)熔化溫度。與此同時(shí)，近二十年來(lái)通過(guò)嚴(yán)重塑性變形（SPD）加工獲得納米級(jí)超細(xì)晶粒的金屬材料的發(fā)展為超塑性領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。

在本文中，新的 GB 方法首次對(duì) Al-Zn-Mg-Zr 鋁合金進(jìn)行了研究和論證。之所以選擇這種廣泛使用的具有多合金元素的 Al-Zn-Mg (7xxx) 系列時(shí)效硬化合金，是因?yàn)樗卿X工業(yè)的基本材料之一。這些合金通常在常規(guī)處理后使用，平均晶粒尺寸為 5-10 μm，它們可以超塑性變形，總伸長(zhǎng)率為 300-500%，但只能在約 500°C 的高溫下（~ 0.8 × T m )。此處介紹的工作報(bào)告了一種由超細(xì)晶 Al-Zn-Mg-Zr 合金中的 GB 偏析控制的獨(dú)特晶界行為，該合金可以超塑性變形，在低于 170°C 的溫度范圍內(nèi)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 500% 的總伸長(zhǎng)率(0.47 ×? T m )。

圖 1. UFG Al-Zn-Mg-Zr 合金的超低溫超塑性特征

圖 3.樣品在 170°C 和 5 × 10 -4 ?s -1應(yīng)變速率下超塑性變形的微觀結(jié)構(gòu)(a) 低倍 STEM-HAADF 圖像顯示含 Zn 顆粒（亮顆粒）和 Zn-富鋁/鋁晶界（由綠色箭頭表示），（b）高倍率 HAADF 圖像顯示富鋅晶界（形成明亮成像的三重結(jié)）。(c-e) 分別為 Al、Mg 和 Zn 的相應(yīng) EDS 圖。(f) 沿邊界的 EDS 線輪廓分析，由 HAADF 圖像中的箭頭標(biāo)記，顯示了 HPT 處理的 UFG 樣品中 Zn 和 Mg 原子偏析到 Al/Al 晶界中。

綜上所述，所進(jìn)行的研究首次證明了 7xxx 系列傳統(tǒng)鋁合金存在極低溫超塑性的可能性。這種效應(yīng)的起源與通過(guò) SPD 處理形成 UFG 結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中 Zn 偏析存在于晶界，在較低溫度下提供加速擴(kuò)散和增強(qiáng)滑動(dòng)。低溫超塑性的發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)在室溫操作條件下表現(xiàn)出高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的復(fù)雜形狀產(chǎn)品的超塑性成形新技術(shù)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。