初始状态对AA7075铝合金电脉冲辅助成形过程中微观组织演变与硬化响应的调控机制

本文研究了AA7075铝合金在电脉冲辅助成形过程中初始状态（Temper）对微观组织演变和硬化响应的影响。研究人员通过对比水淬、峰值时效和烘烤处理等不同初始状态的样品，发现电脉冲的热-机械耦合效应可加速原子扩散，促进η'相（η' phase）形核与生长。水淬样品在峰值时效条件下析出相尺寸为4.51±0.21 nm/体积分数9.21%，烘烤处理样品为5.23±0.23 nm/9.35%，对应更高的位错密度和硬化响应。研究还揭示了再结晶机制从峰值时效样品的非连续动态再结晶（DDRX）转变为烘烤处理条件下的连续动态再结晶（CDRX）。该成果为汽车轻量化高强铝合金构件成形工艺提供了理论支撑。

　　

在汽车轻量化浪潮中，7000系铝合金因高强度和耐腐蚀性成为安全结构件（如B柱、C柱）的首选材料。然而这类合金塑性差，复杂成形时易开裂。更棘手的是，传统热成形工艺难以兼顾组织调控与效率提升。电脉冲辅助成形（Electric pulse assisted forming, EPF）技术自1963年发现以来，虽在改善金属塑性方面展现出潜力，但对高强铝合金初始状态如何影响EPF过程的研究仍属空白。

枣庄大学（Zaozhuang University）的研究团队选择AA7075铝合金这一典型材料，系统研究了水淬（WQ）、峰值时效（PA）等四种初始状态对EPF过程中η'相析出行为、位错演变及再结晶机制的影响。论文发表在《Journal of Alloys and Compounds Communications》，揭示了电脉冲非热效应（Athermal effect）与热效应协同调控微观组织的创新机制。

研究采用透射电镜（TEM）表征析出相分布，结合硬度测试和EBSD分析。通过设计不同初始状态的对比实验，发现水淬样品在EPF后析出相尺寸最小（4.51 nm）、体积分数最高（9.35%），对应维氏硬度提升最显著。位错密度分析显示，水淬和烘烤处理样品中高密度位错（High density dislocation）的形成与电脉冲促进原子扩散直接相关。更突破性的发现是再结晶机制的转变：峰值时效样品以晶界迁移主导的非连续动态再结晶（DDRX）为主，而烘烤处理样品则出现晶界迁移与亚晶旋转协同作用的连续动态再结晶（CDRX）。

材料与工艺设计
采用名义成分6.41%Zn-2.13%Mg-2.32%Cu的AA7075铝合金，通过线切割制备ASTM-8标准试样。设置水淬、空冷、峰值时效（120°C/24h）和烘烤处理（185°C/20min）四组初始状态对比。

析出行为
TEM显示初始峰值时效样品以η相（MgZn₂）为主，EPF后水淬样品中纳米级η'相（GP区过渡相）体积分数提升至9.35%。这种尺寸-分数协同效应归因于电脉冲降低原子扩散势垒，加速Mg/Zn原子团簇形成。

初始状态与硬度关系
建立"初始淬火速率-位错密度-析出动力学"关联模型：水淬保留更多空位缺陷，EPF中这些缺陷成为η'相形核位点，最终硬度比空冷样品提高15%。

结论与意义
该研究首次阐明初始状态通过调控缺陷密度影响EPF效果的作用链：高淬火速率→高空位浓度→电脉冲促进η'相形核→高硬度响应。提出的CDRX/DDRX转变机制为复杂构件成形工艺选择提供依据。工程价值在于：通过优化初始热处理（如选择水淬+烘烤），可同步提升AA7075成形性与强度，解决汽车安全件"成形开裂"与"强度不足"的双重难题。研究获得山东省科技型中小企业创新能力提升工程（2024TSGC0345）资助。