通过Y/Gd诱导的非均匀微观结构实现高镁铝合金中的强度-延展性平衡

《Materials Science and Engineering: A》：Strength-ductility trade-off in high-Mg aluminum alloys via Y/Gd-induced heterogeneous microstructure

AFSD工艺通过调整工具转速（600-800 rpm）和移动速度（200-280 mm/min）优化铝合金（AA5083）的微观结构和力学性能，低热输入高应变率条件（600 rpm/280 mm/min）下晶粒细化至6.75 μm，同时保持295 MPa抗拉强度，位错和晶界强化协同提升屈服强度。研究揭示了工艺参数与热力学条件对再结晶、位错密度及强化的定量关联机制。

　　

闫楠|雷石|肖一辰|阿希什·库马尔|张显坤|吴传松|高松|刘晓超

摘要

作为一种新型的固态增材制造（AM）工艺，添加剂摩擦搅拌沉积（AFSD）在利用轻质铝合金制造高完整性部件方面展现出巨大潜力。在本研究中，系统地探讨了工具旋转速度和行进速度对通过AFSD制造的AA5083合金微观结构演变和机械性能的协同影响。通过实时监测轴向力和主轴扭矩，能够对热机械条件进行原位评估，并将其与热输入、应变积累以及最终的拉伸性能进行定量关联。这种方法揭示了耦合工艺参数如何调节AFSD制造铝合金中的位错活动、晶粒细化及强化行为。旋转速度的提高会导致热输入增加，从而促进动态恢复和晶粒粗化；相反，较高的行进速度会降低热输入同时增加塑性应变，有助于形成更细的微观结构。在高热输入条件下（即工具旋转速度为800 rpm、行进速度为200 mm/min），沉积的AA5083合金平均晶粒尺寸为8.47 μm，其极限抗拉强度（UTS）为296.7 MPa，屈服强度（YS）为137.2 MPa。值得注意的是，在这种条件下，位错积累是主要的强化机制。而在较低热输入和较高应变条件下（即工具旋转速度为600 rpm、行进速度为280 mm/min），晶粒变得更细（平均尺寸为6.75 μm），同时抗拉强度（UTS）达到295.0 MPa，屈服强度（YS）略有提高（139.1 MPa）。这种YS的提高归因于位错强化和晶界强化的协同作用。这些结果证实，较低的热输入结合较高的应变率可以在不牺牲机械强度的情况下改善微观结构，为优化AlMg合金的AFSD工艺提供了可行策略。本研究的结果加深了对AFSD制造合金中工艺-结构-性能关系的理解，并为开发适用于高性能结构应用的定制工艺参数集提供了支持。