7050-T7451铝合金热变形行为不对称性研究：应力条件对微观结构演变与强度差异效应的影响

为解决航空航天用高强铝合金在热加工过程中因应力状态差异导致的力学性能不对称问题，研究人员通过单轴拉伸/压缩实验（553-713K，0.001-0.1s-1）结合EBSD（电子背散射衍射）和TEM（透射电镜）技术，揭示了7050-T7451铝合金的强度差异效应（SDE）与织构演变的关联性，建立了应变补偿Arrhenius本构方程，为优化热加工工艺提供理论依据。

　　

在航空航天和交通运输领域，高强铝合金因其优异的强度-重量比和耐腐蚀性成为关键材料。然而，这类合金在热加工过程中常表现出拉伸与压缩应力状态下的力学性能差异，即强度差异效应（Strength Differential Effect, SDE）。这种不对称性可能导致构件在实际服役中产生不可预测的变形或失效，成为制约材料性能优化的瓶颈。以7050铝合金为代表的7XXX系列合金，其性能受微观结构（如MgZn₂析出相形态）和织构演变的显著影响，但关于不同应力条件下热变形行为的系统性研究仍存在空白。

为深入解析这一问题，来自云南的研究团队在《Materials Today Communications》发表了最新成果。他们通过热力学模拟实验结合先进表征技术，揭示了7050-T7451铝合金在553-713K温度范围和0.001-0.1s^-1应变率下的变形机制。研究采用商业化AA7050-T7451铝合金板材，利用DIL 805D/T热机械模拟机进行单轴拉伸/压缩测试，并通过电子背散射衍射（EBSD）和扫描透射电镜（STEM）分析微观结构演变。

初始微观结构
研究显示原始材料具有沿轧制方向伸长的晶粒结构，主要呈现黄铜织构（Brass texture）。析出相以棒状η-MgZn₂为主，其中Cu原子置换Zn形成(Cu,Zn)Al₂相。这种初始组织为后续变形行为奠定了基础。

热变形行为差异
实验发现：

1. 流变应力随温度降低或应变率升高而增加，但压缩条件下的应力始终高于拉伸条件，证实了SDE的存在。
2. SDE强度随应变和应变率增大而增强，但在高温下会由正值转为负值，表明温度对不对称性具有调控作用。

织构演变机制
EBSD分析揭示：

• 拉伸时晶粒向{001}<100>取向旋转，压缩时转向{001}<010>
• 立方织构（Cube texture）在两种应力状态下均保持稳定
• 再结晶织构随温度升高而增强
  这种取向差异被证实是导致SDE的关键因素。

本构模型验证
建立的应变补偿Arrhenius方程在预测流变应力时表现出更高精度，其相关系数达0.98，为工程应用提供了可靠工具。

结论与意义
该研究首次系统阐明了7050-T7451铝合金热变形过程中SDE与织构演变的关联机制：

1. 初始黄铜织构和析出相形态共同影响高温软化行为
2. 晶粒旋转方向的应力依赖性直接导致力学性能不对称
3. 温度通过改变位错-析出相相互作用调控SDE强度
   这些发现不仅深化了对铝合金变形物理本质的认识，还为航空航天构件热加工工艺参数的优化提供了理论指导。特别是提出的本构模型，可有效预测复杂应力状态下的材料行为，对提高构件成型精度和服役可靠性具有重要意义。研究团队特别指出，未来需进一步探究多轴应力状态下微观结构的协同演变规律，以拓展理论模型的工程适用边界。