低固相率流变成形Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固析出行为及性能调控机制

In the field of Aeronautics and Astronautics, the development of high-strength aluminum alloy integrated forming technology with high strength, high toughness and good comprehensive performance has been the focus of aviation structural materials. The current research on high strength Aluminum Alloy toughening is mostly based on conventional plastic deformation, the systematic research on the commonness and basic problems of alloy solidification nature and second phase evolution is not enough. This seriously restricts the research and development of high-strength aluminum alloy forming technology centered on the fine control of organizational structure. This project proposes to 7075 alloy as the research object, based on the pipeline pulping, combined with low solid fraction rheomolding fundamental research, analysis of the solidification behavior of alloy slurry in high pressure and high cooling rate, revealing two non-equilibrium solidification nucleation and growth mechanism; Ascertain the behavior of phase transition and aging precipitation in the multiscale second phase of the two solidification non equilibrium phase in the phase of solid solution aging, the relationship between microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy model during low solid fraction rheomolding + aging heat treatment will be established. The research results are expected to provide basic theoretical and technological support for the development and application of integrated forming technology for high-strength and high toughness aluminum alloy complex structures, and further expand the application scope of high strength and high toughness aluminum alloys.

在航空航天领域，开发具有高强、高韧和良好综合性能的高强铝合金一体化成形技术一直是航空结构材料的研究重点。目前对高强铝合金强韧化的研究多建立在常规塑性变形基础上，缺乏对合金凝固本质及第二相演变等共性基础问题的系统研究，这严重制约了以组织结构精细控制为核心的高强铝合金成形技术的研发。本项目提出以7075合金为研究对象，在基于管道制浆的基础上，结合低固相率流变成形展开基础研究，分析合金浆料在高压、高冷速下的凝固行为，揭示二次凝固非平衡相的形核长大机制；并探明固溶时效阶段合金基体组织及多尺度第二相的相变回溶和时效析出行为，建立低固相率流变成形+热处理时效Al-Zn-Mg-Cu系合金的微观组织结构与力学性能关系模型。研究结果可望为高强高韧铝合金复杂结构件的一体化成形技术开发和应用提供基础理论和技术支持，进一步拓宽高强高韧铝合金的应用范围。

在航空航天领域，开发具有高强、高韧和良好综合性能的高强铝合金一体化成形技术一直是航空结构材料的研究重点。目前对高强铝合金强韧化的研究多建立在常规塑性变形基础上，缺乏对合金凝固本质及第二相演变等共性基础问题的系统研究，这严重制约了以组织结构精细控制为核心的高强铝合金成形技术的研发。本项目以7075合金为研究对象，利用ICSPC技术制备了半固态7075铝合金浆料，系统研究了制备工艺参数对7075铝合金浆料组织的影响规律；利用电磁感应加热的方式对半固态7075铝合金浆料进行了温度均匀化处理，得到的半固态浆料径向及轴向的温度差趋近于0℃，温度场基本均匀。浆料中的初生α-Al晶粒熟化现象明显，晶粒圆整度提高，晶粒尺寸增加。分析了合金浆料在高压、高冷速下的凝固行为，检测了流变压铸拉伸试样的力学性能并研究了各压铸工艺参数对力学性能的影响规律：在较低的压射比压下，拉伸试样的力学性能较差，随着压射比压的增加，试样的力学性能提升明显。当压射比压大于60MPa后，拉伸试样的力学性能提升较小；较慢的压射速度和较高的铸型温度对拉伸试样力学性能的提升更加有利。流变压铸拉伸试样铸态下的拉伸强度最高可达300MPa左右，延伸率4%，经T6热处理后的拉伸试样抗拉强度普遍提高20%~40%以上，最高可达450MPa，延伸率则有所下降；揭示了二次凝固非平衡相的形核长大机制，探明了固溶时效阶段合金基体组织及多尺度第二相的相变回溶和时效析出行为，建立低固相率流变成形+热处理时效Al-Zn-Mg-Cu系合金的微观组织结构与力学性能关系模型。综合上述结果，本研究为探索高强高韧铝合金复杂结构件的一体化成形技术的开发和应用提供了坚实的基础理论和技术支持，同时对进一步拓宽高强高韧铝合金的应用范围提供了重要的启示性线索。项目资助发表SCI收录论文3篇，待发表论文2篇。培养2名在读硕士生。项目投入经费25万元，支出15.2745万元，各项支出基本与预算相符。剩余9.7255万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。