AA5052（Al-Mg）合金因其优异的耐腐蚀性，可焊接性，良好的可成型性，高疲劳强度（高循环和低循环）以及耐冲击性而广泛用于航空航天，汽车，船舶，建筑和包装行业。但是，有关AA5052合金的主要问题是其中等强度。这种合金通常被归类为不可热处理的合金，只能通过冷变形激活应变硬化机制而得到强化。在AA5052合金中同时实现强度和延展性是一个极具挑战的问题。据报道，通过形成梯度微观结构可以在许多金属和合金中实现良好的强度-延展性平衡。但是，关于AA5052合金中的梯度组织的形成鲜见报道。

本文介绍了一种可以在AA5052合金中形成梯度微观结构的新型技术，从而改善强度和延展性的平衡。相关论文以题为“A novel technique to form gradient microstructure in AA5052 alloy”于3月10日发表在Materials Science and Engineering: A。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301635

通过这种基于热压粘接的新技术制备了具有梯度组织的AA5052合金。该材料采用重复五道次的加工工艺，发现通过热压粘接形成了具有应变硬化形核和边部晶粒细化的梯度微结构。在处理后的样品表面附近发生了一些重结晶机制，包括不连续动态重结晶（DDRX），几何动态重结晶（GDRX）和颗粒激发形核（PSN）。表面和中厚附近的主要强化机制分别是晶界强化和应变硬化。在四分之一厚度中，激活了晶界强化和应变硬化的组合。
 

图1 梯度微观结构形成的示意图


图2 两个放大倍率下第五次道次样品的显微结构，（a，b）表面附近；（c，d）四分之一厚度；（e，f）中间厚度

热压粘接后，AA5052的极限拉伸强度（280.7 MPa）显着提高，而延展性却没有太大损失（18.9%）。相比之下，本AA5052合金的强度和延展性的良好组合，使其与先前报道的其他技术加工的AA5052合金有明显优势。随着加工道次的增加，临界应变和应力增加。在第三，第四和第五道次后，梯度微结构的形成降低了PLC效应的严重性，首次观察到应变硬化率的恢复。在较高的道次（第四和第五）下，由于高压（压缩粘结期间）和高温（预热处理和压缩期间），粘结界面变得狭窄，促进了扩散，可以形成牢固的冶金结合。随着与表面的距离增加，断裂表面的凹坑深度逐渐增加。另一方面，随着道次的增加，形成更多的再结晶细晶粒，所以凹坑的尺寸减小了。
 

图3 初始和处理后样品的显微硬度曲线


图4 初始和处理后样品的工程应力-应变曲线


图5 不同道次处理后的AA5052断裂面

总的来说，梯度微结构为制备兼具强度和塑性的材料提供了可能性。具有梯度微结构的样品通过激活应变硬化率获而得相当大的应变硬化能力，进而促进抗拉强度和延展性的良好平衡。该技术首次在AA5052样品中形成梯度微结构材料，为不可热处理强化铝合金在强韧性方面提供一种新方向，解决了中等强度铝合金在强韧性平衡的难题。