AA5052（Al-Mg）合金因其優異的耐腐蝕性，可焊接性，良好的可成型性，高疲勞強度（高循環和低循環）以及耐沖擊性而廣泛用于航空航天，汽車，船舶，建筑和包裝行業。但是，有關AA5052合金的主要問題是其中等強度。這種合金通常被歸類為不可熱處理的合金，只能通過冷變形激活應變硬化機制而得到強化。在AA5052合金中同時實現強度和延展性是一個極具挑戰的問題。據報道，通過形成梯度微觀結構可以在許多金屬和合金中實現良好的強度-延展性平衡。但是，關于AA5052合金中的梯度組織的形成鮮見報道。

本文介紹了一種可以在AA5052合金中形成梯度微觀結構的新型技術，從而改善強度和延展性的平衡。相關論文以題為“A novel technique to form gradient microstructure in AA5052 alloy”于3月10日發表在Materials Science and Engineering: A。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301635

通過這種基于熱壓粘接的新技術制備了具有梯度組織的AA5052合金。該材料采用重復五道次的加工工藝，發現通過熱壓粘接形成了具有應變硬化形核和邊部晶粒細化的梯度微結構。在處理后的樣品表面附近發生了一些重結晶機制，包括不連續動態重結晶（DDRX），幾何動態重結晶（GDRX）和顆粒激發形核（PSN）。表面和中厚附近的主要強化機制分別是晶界強化和應變硬化。在四分之一厚度中，激活了晶界強化和應變硬化的組合。
 

圖1 梯度微觀結構形成的示意圖


圖2 兩個放大倍率下第五次道次樣品的顯微結構，（a，b）表面附近；（c，d）四分之一厚度；（e，f）中間厚度

熱壓粘接后，AA5052的極限拉伸強度（280.7 MPa）顯著提高，而延展性卻沒有太大損失（18.9%）。相比之下，本AA5052合金的強度和延展性的良好組合，使其與先前報道的其他技術加工的AA5052合金有明顯優勢。隨著加工道次的增加，臨界應變和應力增加。在第三，第四和第五道次后，梯度微結構的形成降低了PLC效應的嚴重性，首次觀察到應變硬化率的恢復。在較高的道次（第四和第五）下，由于高壓（壓縮粘結期間）和高溫（預熱處理和壓縮期間），粘結界面變得狹窄，促進了擴散，可以形成牢固的冶金結合。隨著與表面的距離增加，斷裂表面的凹坑深度逐漸增加。另一方面，隨著道次的增加，形成更多的再結晶細晶粒，所以凹坑的尺寸減小了。
 

圖3 初始和處理后樣品的顯微硬度曲線


圖4 初始和處理后樣品的工程應力-應變曲線


圖5 不同道次處理后的AA5052斷裂面

總的來說，梯度微結構為制備兼具強度和塑性的材料提供了可能性。具有梯度微結構的樣品通過激活應變硬化率獲而得相當大的應變硬化能力，進而促進抗拉強度和延展性的良好平衡。該技術首次在AA5052樣品中形成梯度微結構材料，為不可熱處理強化鋁合金在強韌性方面提供一種新方向，解決了中等強度鋁合金在強韌性平衡的難題。