Al-Zn-Mg-Cu合金热力作用下的静态软化“平台”形成机理及物理模型

The complex hardening and softening mechanisms of Al-Zn-Mg-Cu alloys during thermomechanical processing, caused by high alloys addition and high-fault-energy of aluminum, are different from that of steel. In order to ensure product performance and process flexibility, it’s necessary to optimize and control both dynamic parameters (strain, temperature and strain rate) and static parameters (holding time and temperature) during hot working. In present project, based on the interesting double plateau phenomenon in 7150 aluminum alloy from our group, the static softening of Al-Zn-Mg-Cu alloys with various alloy elements and original microstructure will be studied under various dynamic parameters and static parameters. The interactions mechanism of the recovery, recrystallization and precipitation and its influence on static softening will be explored. By coupling the effects of static softening plateau, improved static softening kinetics equations and mechanics and microstructure physically-based models will be developed. The formation mechanisms of static softening plateau of Al-Zn-Mg-Cu alloys are to be revealed as well. This work will provide scientific theoretical guidance for the optimization of hot processing parameters and precise controlling of microstructure in high performance aluminum alloys.

Al-Zn-Mg-Cu合金因其高合金含量和铝的高层错能等特点导致热加工过程出现的硬化和软化机制有别于钢铁，为获得优异性能产品及保持成形工艺灵活性，需要对热加工过程动态（应变、温度和应变速率）和静态（保温时间和温度）参数进行优化及控制。本项目基于课题组在7150铝合金中初次发现的静态软化双“平台”现象，主要研究合金成分、原始组织状态、动态和静态参数对Al-Zn-Mg-Cu合金静态软化的影响规律，探明回复、再结晶和析出多机制耦合的作用规律及其与静态软化的相关性，建立考虑 “平台”效应的静态软化动力学模型及力学与微观组织的物理模型，揭示Al-Zn-Mg-Cu合金热力作用下的静态软化“平台”形成机理，为高性能铝合金热加工工艺优化设计和微观组织精确调控提供理论指导。

随着智能制造、人工智能等技术的发展及其在传统制造业升级过程中的推广应用，对高性能金属材料在加工、制造过程中组织和性能演变的预测提出了更高的要求。分析金属材料在加工过程中显微组织和力学性能的演变规律，将为未来研究工业技术智能化升级提供巨大帮助。具有高比强度、高比刚度以及良好的加工性能的Al-Zn-Mg-Cu系合金主要作为轧制(中)厚板、挤压型材或锻件应用于航空航天及轨道交通的结构件，而在轧制和锻造等多道次热加工后铝合金最终产品的组织和性能不仅受热变形条件的影响，道次间隙保温、冷却或重新加热过程中的静态组织变化对材料最终组织和性能的影响同样重要，国内外目前有关铝合金静态软化方面的研究明显落后于钢铁，特别是关于软化机理等基本理论及物理模型等方面的研究明显薄弱。.本项目通过：（1）Al-Zn-Mg-Cu合金非等温析出动力学规律及其对热变形行为的影响；（2）Al-Zn-Mg-Cu合金等温析出动力学规律的研究；（3）Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形流变应力曲线的摩擦修正；（4）Zn 含量对Al-Zn-Mg-Cu合金热变形流变应力行为的影响；（5）Zr含量对Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形静态软化行为的影响；（6）Zn含量对Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形静态软化行为的影响；（7）Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形静态软化现象综合物理基模型的建立；（8）揭示预析出组织对Al-Cu-Mg-Zr合金热加工性的影响；（9）揭示预析出组织对Al-Cu-Mg-Zr合金的静态软化行为的影响等研究。探究了Al-Zn-Mg-Cu合金在等温和非等温条件下的析出动力学规律，探明了Zn，Zr等合金元素对Al-Zn-Mg-Cu合金静态软化动力学规律及机理的影响，探讨了合金静态软化过程中析出、回复和再结晶的交互作用规律；建立了Al-Zn-Mg-Cu合金静态软化力学与组织定量物理基模型，为我国高性能铝合金结构材料加工技术的发展奠定了坚实的理论基础。