導讀
通過掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)研究了連續流變擠壓製備的Al-5Mg-0.8Mn-0.1Fe合金的組織演變，揭示了連續流變擠壓過程中Al6(Mn, Fe)相顆粒的形成機理。討論了Al6(Mn, Fe)相顆粒對合金拉伸性能的影響。該研究為提供了一種高效的加工方法，為製造具有較高力學性能的Al-Mg系合金提供了新見解。
Al-Mg合金因其高強度質量比、優異的耐腐蝕性和可回收性而受到廣泛關注，被認為是航空航天、船舶和汽車應用的有前途的材料。高Mg含量的Al-Mg合金有望跟上領域的快速發展。然而高Mg 含量Al-Mg合金中過飽和的Mg原子易形成粗脆的Al3Mg2相，使合金的成形性能和加工性能變差。
合金化是一種最有前途的方法來定製鋁合金的顯微組織。Mn被認為是強化鋁鎂合金的關鍵合金元素。Al-Mg合金中加入Mn加速了Mg在α-Al基體中的均勻分布，從而提高強度。因此，無需過量添加Mg即可達到Al-Mg合金的理想力學性能。此外，Mn與Al在合金中反應形成Al6Mn相顆粒。在塑性變形過程中，再結晶晶粒被細化，Al6Mn相顆粒的釘扎作用可以抑制晶粒長大。目前，對Al6(Mn, Fe)相顆粒形成機理的研究較少。因此，Al-Mg-Mn-Fe合金在連續流變擠壓過程中的組織演變亟需進一步研究。
通過調節Al6(Mn, Fe)相顆粒的尺寸和形態有望在Al-Mg-Mn-Fe合金中實現強度和延展性的良好結合。基於此，大連交通大學管仁國教授課題組採用連續流變擠壓和鑄造法製備了Al-5Mg-0.8Mn-0.1Fe和Al-5Mg合金。研究了流變擠壓合金中納米Al6(Mn, Fe)相顆粒的組織演變及形成機理，揭示了納米級Al6(Mn, Fe)相顆粒對合金力學性能的影響，分析了納米顆粒對合金強度和延展性的貢獻，旨在開發一種有效的加工技術，並為生產具有優異力學性能的Al-Mg系列合金提供有價值的見解。相關研究成果以題為「Formation mechanism of refined Al6(Mn, Fe) phase particles during continuous rheo-extrusion and its contribution to tensile properties in Al–Mg–Mn–Fe alloys」發表於期刊《Materials Science & Engineering》。
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結果表明，連續流變擠壓對Al6(Mn, Fe)相顆粒有較好的細化效果，其平均尺寸為900 nm，而鑄態合金中亞微米Al6(Mn, Fe)相顆粒的平均尺寸為10.5 μm。凝固後的Al-5Mg-0.8Mn-0.1Fe合金經歷了多次剪切變形，在此過程中，Al6(Mn, Fe)相顆粒得到進一步細化。
納米級的Al6(Mn, Fe)相顆粒的存在使材料具有Orowan強化效果，納米級Al6(Mn, Fe)相顆粒誘導的抗拉強度和屈服強度分別增加了46.8 MPa和34.9 MPa。此外，還觀察到納米Al6(Mn, Fe)相顆粒周圍出現小的圓形裂紋，導致裂紋擴展時間延長，這也表明流變擠壓合金具有良好的延展性。
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