预应变调控Al-Mg-Si延迟时效合金的微观组织与性能协同优化机制

为解决Al-Mg-Si合金在延迟时效过程中强度下降及阻尼性能不足的问题，研究人员通过预应变处理调控β''相析出、位错密度及晶界结构。结果表明，3%预应变使屈服强度提升18%，高应变/高温阻尼能力分别提高75%和60%，为开发兼具高强高阻尼的轻量化合金提供新策略。

　　

在追求碳中和的背景下，轨道交通和汽车轻量化成为降低能耗的关键突破口。Al-Mg-Si系合金因其高比强度、优异成形性和耐腐蚀性，被视为理想的结构材料。然而，工业实践中一个长期未被解决的难题浮出水面：固溶处理后的合金若因运输或存储被迫延迟时效（Delayed Aging, DA），其强度会因Mg-Si原子团簇的不稳定析出而大幅衰减，严重制约大型构件制造。更棘手的是，传统高强铝合金的阻尼性能普遍较差，难以满足现代交通工具对振动噪声控制的严苛要求。如何打破"强度-阻尼"此消彼长的性能桎梏，成为材料科学家亟待攻克的堡垒。

广西科技计划项目支持的研究团队独辟蹊径，将目光投向预应变这一"冷加工"工艺。通过系统研究0-5%预应变对Al-Mg-Si延迟时效合金的影响，发现3%预应变可同步提升力学性能和阻尼能力。该成果发表于《Materials Science and Engineering: A》，揭示了位错工程调控多尺度微观组织的协同作用机制。

研究采用半连续铸造制备合金，通过热挤压、固溶处理和人工时效等工艺，结合电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和阻尼测试等技术，量化了预应变对晶粒尺寸、位错密度、β''相析出及Al(MnFe)Si弥散相的影响。

微观结构观察
预应变诱发显著再结晶行为，3%和5%预应变合金在晶界处形成大量等轴细晶（图2）。EBSD分析显示，预应变使平均晶粒尺寸从0DA合金的23.4 μm降至3DA合金的12.8 μm，小角度晶界比例提升至47.6%（图3）。TEM证实预应变促进高密度β''相（Mg₅Si₆）析出，且Al(MnFe)Si弥散相分布更均匀（图4）。

强化机制
通过建立屈服强度（σ_y）理论模型，发现3%预应变合金的强化主要来自析出强化（189 MPa）和位错强化（67 MPa）。预应变引入的位错既作为溶质原子快速扩散通道，又为β''相提供形核位点，使析出相密度提高40%。弥散强化贡献达52 MPa，源于Al(MnFe)Si相在预应变过程中的细化分布。

阻尼行为
预应变合金在10^-3应变振幅下阻尼性能提升75%，归因于可逆位错弓出机制：高密度β''相作为钉扎点，缩短位错段长度，促进能量耗散。高温下（200°C），细晶组织激活晶界滑移，使3DA合金的界面阻尼能力提升60%。

结论与意义
该研究首次阐明预应变可通过三重协同效应打破性能壁垒：（1）位错网络加速β''相析出，实现强度提升；（2）高密度析出相优化位错阻尼；（3）晶粒细化促进高温晶界滑移。3%预应变使合金屈服强度达364 MPa（提升17.8%），同时实现阻尼性能的突破性改善。这项工作为设计"高强-高阻尼"一体化铝合金提供了理论依据，对航空航天减振部件和高速列车地板等应用具有重要指导价值。研究团队特别指出，预应变工艺与现有生产线兼容性强，具备规模化应用潜力。