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一种具有超塑性的高强度铝基合金摘要：研究了高强度合金（Al 3.5-4.5,Zn 3.5-4.5,Mg 0.7-0.9,Cu 1.0-3.0,Ni 0.25-0.3,Zr质量百分比）的结构、力学性能以及超塑性。T6热处理后合金具有570Mpa的区服强度、610Mpa的抗拉强度。温度控制在380℃-480℃、恒定应变速率2*10-3-1*10-1，合金超塑性的应变率敏感性大于0.5,由于晶粒尺寸只有1.8微米，所以合金的伸长率高达400-800%。EBSD研究已经证实，动力学的再结晶过程产生大量的细化晶粒。掺杂锆在晶界处的钉扎效应，使合金产生高应变率的超塑性，同时镍掺杂形成共晶体Al3Ni，Al3Ni粒子促进形核，导致晶粒细化，从而产生超塑性。1.概述在高的同系温度（大于0.5T固相线）和低应变速率（通常是10-5-10-3s-1）的情况下，材料的晶粒尺寸小于10μm，就会产生精细结构的超塑性[1-4]。要使铝合金产生塑性变形和随后的再结晶，最常用的方法是使合金的晶粒细化。在这种情况下，由于（1）质点会促进形核[5-8]；（2）当加热到超塑性变形温度和SPD工艺处理时，晶界迁移处会有钉扎作用，多相合金会形成细晶结构[5,9-15]。细晶结构形成的原因是合金中同时存在粗大的和细小的微粒[4]。在室温下，大多数超塑性铝合金不具备高的力学性能。高强度铝合金，例如AA 7475(或AA7075)，具有高的强度-密度比和优异的力学性能，广泛应用于航空航天领域[16,17]。然而，通过传统的高温锻造，这种工业合金的产量是十分有限的，因此这种合金在超塑性成形的应用是有前景的。但是合金A7475超塑性的应变率很低（小于1*10-3s-1）[18-20]。由于PSN工艺,通过Rockwell技术处理[1,5]可以使该合金晶粒尺寸到10μm，在500℃时给合金加以非常低的应变速率（2*10-4s-1），合金的伸长率可以达到1000%。缓慢的应变速率限制了超塑性的商业应用，主要是用于航天工业和建筑设计。高应变速率的超塑性，典型的范围是10-2s-1，需要用于大体积部件的制造，可用于汽车行业和消费品行业，因此每一个部件的形成时间可能会从20min减少到60s或者低于60s，例如塑料的快速成形[21,22]。剧烈塑变[23-26]，粉体技术[27,28]，和其他工艺可用于细化高强度铝基合金晶粒结构、增强它的超塑性。然而，这些工艺生产超塑性板材时，成本相对较高，生产时间长。在上述所举的例子中，传统的操作工艺，利用热加工和滚扎，曾经用于生产高强度超塑性合金的板材。当温度达到超塑变变形温度时，添加锆可以在晶界处产生钉扎作用[5,7,10,29,30]，此类型的合金例如合金SUPRAL Al-Cu-Zr[9]，此类型合金的板材由热滚扎、热处理生产时，组织中会有细丝状ZrAl3连贯相。在热轧温度会导致细丝状ZrAl3明显的恢复原状，而且不会发生间断的再结晶。在超塑性变形开始时，材料的微观结构由类似的带状亚晶粒组成。塑性变形期间，在亚晶粒长大和最终的小晶粒中的取向错误随着大角度晶界的发展而隔离[9,31]。实验研究合金材料通过锆元素的生成细微颗粒钉扎在晶界处，并且镍合金形成粗糙的共晶体[32-35]，这种颗粒促进了形核[36-38]。Al3Ni微粒的存在不会减少析出硬化效应与T’相（AlMgZnCu）沉积的关系，并且会使T’相均匀分布，同时会减少应力腐蚀开裂的问题[39,40]。2.实验部分基合金的化学成分是：Al–(3.5–4.5)Zn–(3.5–4.5)Mg–(0.6–1.0)Cu–(2.0–3.0)Ni–(0.25–0.30)Zr (wt.%)[41]。实验中用到了四种合金，如表一所示。合金0、1、2、3号的镍含量各不相同。利用“Setaram Labsys DSC 1600”型热量计进行差示扫描量热（DSC），在20-700℃可以实现5℃/min的加热速率。合金的尺寸都是100*40*20mm3，放入水冷铜模具中，降温速率可达15K/s。通过将合金装入石墨坩埚并放入S3型箱式电阻率中，实现融化。实验中用到了纯度为99%的铝、95%的镁、99.96%的锌以及铝镍（Ni-10%）、铝锆（锆-3.5%）、铝铜（铜-53%）中间合金。浇铸温度为810℃。根据热力学计算（TTAL5数据库），合金的液相线温度在790-799℃之间。为了防止浇铸前基本相Al3Zr出现晶粒粗化的现象，浇铸温度应高于液相线10-20℃。所有的铸体都经过450℃、3h和500℃、3h的调质处理，用直径为230mm的轧板机进行热轧（80%）和冷轧（60%）。热轧的温度为420±10℃。最终的板材厚度为1mm。利用卡尔蔡司光学显微镜（LM）的白色光或偏振光来观察合金的微观结构。采用扫描电镜和X射线