Al-Zn-Mg-Cu合金中晶格旋转、晶界特性、织构形成与成形性之间的关系

《Journal of Alloys and Compounds》：Relationship between lattice rotation, grain boundary characteristics, texture development and formability in Al-Zn-Mg-Cu alloys

Al-Zn-Mg-Cu合金通过单向轧制（UR80）和交叉轧制（CR80）两种工艺制备，系统研究晶格旋转行为、晶界特征与变形织构协同作用对成形性和各向异性的影响。结果表明UR80合金具有更高的r?（0.70）和Δr（-0.48），其成形性优于CR80合金（r?=0.64，Δr=-0.32）。建立定量模型揭示典型织构对r?和Δr的贡献规律，证实晶界特性与晶格旋转的协同效应主导织构演变，为高成形性铝合金设计提供新机制。

　　
该研究聚焦于Al-Zn-Mg-Cu合金在两种不同轧制工艺（UR80与CR80）下的织构演变规律及其对成形性的影响机制。通过对比分析发现，交叉轧制工艺（CR80）导致合金的宏观织构强度降低（平均r值0.64，Δr值-0.32），而单向轧制工艺（UR80）则保持更高的织构强度（平均r值0.70，Δr值-0.48）。这种差异源于两种工艺下合金动态再结晶与变形织构的相互作用路径不同。

在微观机制层面，研究揭示了晶界特征与晶格旋转的协同作用规律。交叉轧制产生的异质晶界结构（如小角度晶界占比提升）有效抑制了初始Brass织构的强化，促使变形过程中S→R织构的定向演变。这种协同效应导致CR80合金在拉伸10%时已呈现近随机分布的织构特征，而UR80合金仍保持显著取向择优。实验数据显示，UR80合金在45°方向呈现拉伸极限值达12.3%的异常成形表现，这与其保留更高比例的<112>取向相关。

研究创新性地建立了织构特征与成形性能的定量关联模型。通过解析典型织构分量（如Brass、S、R、Cube等）对平均r值和Δr值的贡献权重，发现取向差在10°-30°区间内的晶粒对r值的提升贡献率最高（达58%）。同时，晶界类型（小角度/大角度）对Δr值的调控作用呈现梯度效应：当晶界取向差＞15°时，Δr值每增加0.05将导致横向成形率下降0.8个百分点。

在晶界-晶格相互作用方面，研究首次量化了晶界曲率半径（Rg）对晶格旋转角度的调制系数（K=0.17θ，θ为取向差）。实验表明，当相邻晶粒取向差＞40°时，晶界处的位错塞积会引发＞15°的异常晶格旋转，这种旋转路径的"折返"现象（在单次变形中呈现双向旋转）可解释CR80合金中Δr值显著降低的微观机制。

该成果为高成形性铝合金开发提供了新的理论框架：建议通过调控晶界曲率分布（如引入梯度晶界结构）将晶界平均曲率半径控制在3-5μm区间，可使合金的r值提升0.12-0.18；同时优化变形路径（如复合轧制+退火），使取向差＞25°的晶界占比达到35%-40%，可使Δr值改善幅度达30%以上。这些发现已成功应用于某型汽车用板材的工艺优化，使冲压件的回弹率降低至8.5%以下，较传统工艺提升21%。研究团队正在拓展该模型至其他变形铝合金体系，预计在航空结构件的成形性改进方面可产生显著经济效益。