Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金的高溫變形行為及熱加工圖

文智，易丹青，王斌，張艷可

(中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金的高溫變形行為及熱加工圖

文智，易丹青，王斌，張艷可

(中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

采用Gleeble?1500熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，研究Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金在變形溫度為300～500℃、應(yīng)變速率為0.001～10 s?1范圍內(nèi)的變形行為。計(jì)算應(yīng)力指數(shù)和變形激活能，并采用Zener-Hollomon參數(shù)法構(gòu)建合金高溫塑性變形的本構(gòu)關(guān)系。根據(jù)材料動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算并分析合金的加工圖。研究結(jié)果表明：熱變形過(guò)程中的穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力可用雙曲正弦本構(gòu)關(guān)系式來(lái)描述，平均激活能為158.92 kJ/mol，大于其自擴(kuò)散激活能。根據(jù)加工圖確定了熱變形的流變失穩(wěn)區(qū)，并且獲得了熱變形過(guò)程的最佳工藝參數(shù)，其熱加工溫度為430～480 ℃，應(yīng)變速率為 5～10 s?1，溫加工溫度為 320～400 ℃、應(yīng)變速率為 0.01～0.001 s?1。

流變應(yīng)力；加工圖；熱變形；鋁合金

Al-Mg系合金具有良好的成形性、耐蝕性和可焊接性, 在汽車、航天、航空等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。Al-Mg-Sc合金是在Al-Mg合金基礎(chǔ)上添加微量鈧而研發(fā)出來(lái)的新一代中強(qiáng)可焊耐蝕鋁合金[1?2]。由于鈧的添加，部分Sc元素能與鋁基體發(fā)生反應(yīng)生成Al3Sc粒子，作為異質(zhì)形核核心，強(qiáng)烈細(xì)化組織，該相還能釘扎位錯(cuò)，具有強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化作用[3?4]。另外，鈧元素的加入使其熱加工性能有所改善[5]，但Al-Mg系合金的熱加工工藝仍存在一系列缺點(diǎn)，如變形溫度區(qū)間窄、道次變形量較低、形變不均勻、容易出現(xiàn)局部應(yīng)力集中導(dǎo)致熱加工開(kāi)裂等。針對(duì)鋁鎂合金的上述特點(diǎn)，聶波等[5]通過(guò)高溫瞬時(shí)拉伸試驗(yàn)研究 Al-Mg-Sc合金在高溫下的塑性變形時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨試驗(yàn)溫度升高，合金高溫瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度下降，而塑性增加，在350～400 ℃時(shí)，合金的變形抗力相對(duì)較低，熱塑性較好；潘清林等[6]研究含鋯 Al-Mg-Sc合金熱變形時(shí)的流變應(yīng)力行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，含鋯 Al-Mg-Sc合金在低溫高應(yīng)變速率時(shí)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)回復(fù)特征，在低溫低應(yīng)變速率或者高溫時(shí)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征。但對(duì) Al-Mg-Sc合金熱加工工藝的研究，尤其是針對(duì)不同溫度，不同應(yīng)變速率下Al-Mg-Sc合金的高溫變形行為及熱加工圖的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。熱壓縮試驗(yàn)可獲得不同條件下流變應(yīng)力的連續(xù)數(shù)據(jù)，不僅可用于流變行為研究，而且還可用于計(jì)算獲得材料的加工圖。加工圖是變形溫度與應(yīng)變速率空間中的功率耗散圖與失穩(wěn)圖的疊印。根據(jù)加工圖可以判別材料變形過(guò)程中的流變失穩(wěn)區(qū)，還可根據(jù)非失穩(wěn)區(qū)內(nèi)最大功率耗散系數(shù)區(qū)與顯微組織來(lái)制定材料的最佳加工工藝制度(變形溫度與應(yīng)變速率)。本文作者通過(guò)熱壓縮試驗(yàn)，獲得了Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金的流變應(yīng)力，研究了流變應(yīng)力模型及加工圖，分析了材料的最佳熱加工條件，為Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金熱加工工藝的制定與優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用合金名義成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc，半連鑄技術(shù)制備 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金鑄錠，鑄錠直徑為90 mm。經(jīng)350 ℃/8 h均勻化退火處理后，機(jī)加工成10 mm×15 mm(直徑×長(zhǎng)度)的圓柱形壓縮試樣，兩端開(kāi)9 mm×0.2 mm(直徑×深度)的淺槽，加入含石墨的固體潤(rùn)滑劑以減少壓縮時(shí)試樣兩端的摩擦力。熱壓縮模擬在GLEEBLE?1500熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，應(yīng)變速率分別為0.001，0.01，0.1，1，10 s?1，聶波等[5]認(rèn)為 Al-Mg-Sc合金在 350～420℃內(nèi)塑性較好，溫度過(guò)高時(shí)軋制開(kāi)裂的幾率變大，故本實(shí)驗(yàn)選擇的變形溫度分別為300，350，400，450，500 ℃，變形程度為70%。壓縮前試樣升溫速度為2℃/s，保溫5 min，變形結(jié)束后立即水淬，以保留高溫下的變形組織進(jìn)行后續(xù)的組織分析。變形結(jié)束后，利用試驗(yàn)得到的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)材料模型中的方法計(jì)算加工圖。變形后的試樣經(jīng)鋸切、鑲嵌、研磨和拋光后，用2 mL氫氟酸、3 mL鹽酸和5 mL硝酸、250 mL水的混合液浸蝕其組織。使用Leica DM ILM HC金相顯微鏡觀察侵蝕后試樣的顯微組織。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 變形條件對(duì) Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金流變應(yīng)力影響

合金熱變形過(guò)程中的真應(yīng)力?真應(yīng)變曲線如圖 1所示。變形溫度為300 ℃，應(yīng)變速率為0.01～10 s?1時(shí)，流變應(yīng)力先隨應(yīng)變的增加迅速升高，當(dāng)真應(yīng)變超過(guò)一定值后，真應(yīng)力并不隨應(yīng)變量的繼續(xù)增大而發(fā)生明顯的變化，即呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變特征，而且流變曲線為平滑直線，說(shuō)明變形過(guò)程中動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要的軟化機(jī)制；而其他條件下(如圖1(b)所示)出現(xiàn)了明顯的峰值應(yīng)力，流變曲線呈現(xiàn)出鋸齒形，具體表現(xiàn)在溫度較高的真應(yīng)力?應(yīng)變曲線中，為典型的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征。在相同的變形溫度下，當(dāng)合金進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流變，隨著應(yīng)變速率的增加，材料的真應(yīng)力水平升高，該合金是一種正應(yīng)變速率敏感材料。

圖1 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金熱壓縮變形的真應(yīng)力?真應(yīng)變曲線Fig.1 True stress?true strain curves of Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc aluminium alloy during hot compression deformation

2.2 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金高溫變形過(guò)程的動(dòng)態(tài)回復(fù)及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

金屬材料熱變形過(guò)程中會(huì)同時(shí)發(fā)生形變硬化和形變軟化2個(gè)過(guò)程。形變軟化取決于形變過(guò)程中的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。Al屬于層錯(cuò)能較高的金屬，位錯(cuò)易交滑移，一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)回復(fù)是這類材料熱形變過(guò)程中形變軟化的原因。

Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金是一種高鎂含量的鋁合金，Mg元素的加入降低了層錯(cuò)能，如向鋁中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.12%和 0.36% Mg，可使其層錯(cuò)能由 200 J/m2分別降低到108.65 J/m2和50 J/m2，后者與銅的層錯(cuò)能屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)[7]，這時(shí)位錯(cuò)交滑移變得困難，高溫變形時(shí)較易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。另外，Sc的加入能使合金基體中形成彌散共格的Al3Sc第二相粒子，這些質(zhì)點(diǎn)可以降低位錯(cuò)的可動(dòng)性，使位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)并保持穩(wěn)定，阻礙亞晶界和晶界遷移，提高發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)所需的臨界應(yīng)變值，使材料中積蓄起足夠的儲(chǔ)能從而誘發(fā)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶[8]。含鋯Al-Mg-Sc合金中的Zr能使基體中形成Al3(Sc,Zr)第二相離子，同樣起到Al3Sc粒子所起到的作用，促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生[6]。

Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金在變形溫度為300 ℃，應(yīng)變速率為0.01～10 s?1時(shí)，表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)回復(fù)特征。這是因?yàn)殡S應(yīng)變量的繼續(xù)增大，材料內(nèi)部空位濃度也提高，位錯(cuò)的攀移在過(guò)渡變形階段的中后期也開(kāi)始產(chǎn)生作用，參與軟化過(guò)程。最后，由于位錯(cuò)的交滑移、攀移以及位錯(cuò)的脫釘?shù)纫鸬能浕c應(yīng)變硬化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，變形進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流變階段。而在其他條件下，表現(xiàn)為連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征。這是因?yàn)闇囟仍礁撸俳Y(jié)晶就越容易發(fā)生；而應(yīng)變速率越慢，即變形時(shí)間越長(zhǎng)，再結(jié)晶行為進(jìn)行得越徹底。變形量的進(jìn)一步增加使位錯(cuò)密度進(jìn)一步提高，超過(guò)一定的形變量后變形儲(chǔ)存能成為再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，再結(jié)晶可以消除或改變?cè)瓉?lái)的形變織構(gòu)，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化。由于其動(dòng)態(tài)軟化大于加工硬化，從而使真應(yīng)力?真應(yīng)變曲線下降[6]。

2.3 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金變形激活能及應(yīng)力應(yīng)變間本構(gòu)關(guān)系的確定

通過(guò)對(duì)不同熱加工數(shù)據(jù)研究，Jonas等[9]提出了一種包含變形激活能Q和溫度T的雙曲正弦形式的本構(gòu)方程，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力滿足雙曲正弦模型：

當(dāng)應(yīng)變速率為常數(shù)時(shí)，假定在很小的溫度范圍內(nèi)變形激活能Q保持不變，對(duì)式(1)兩邊取自然對(duì)數(shù)可得如下線性關(guān)系：

如圖 2(c)和2(d)所示，ln[sinh(ασ)]分別與 T?1和ln成線性關(guān)系，通過(guò)回歸分析，其線性相關(guān)系數(shù)均在0.97以上，說(shuō)明雙曲正弦模型能準(zhǔn)確描述流變應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系。由圖 2(c)和圖 2(d)中的直線的斜率可計(jì)算出合金的平均變形激活能 Q為 158.92 kJ/mol，與文獻(xiàn)報(bào)道Al-Mg-Sc合金變形激活能152.33 kJ/mol[6]與157.9 kJ/mol[10]相差不大，大于鋁合金自擴(kuò)散激活能(142.8 kJ/mol[11])。

在金屬和合金的熱加工變形時(shí)，應(yīng)變速率受到熱激活的控制，變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)變形的影響由Zener和Hollomon通過(guò)引入?yún)?shù)Z來(lái)表示[12]：

式中：Z為Zener-Hollomon參數(shù)，其物理意義為溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變速率因子。將Z參數(shù)代入式(1)可得如下關(guān)系：

圖2 合金高溫塑性變形峰值應(yīng)力與應(yīng)變速率及溫度的關(guān)系Fig.2 Relationship between strain rate and temperature T as a function of peak stress σ of high temperature plastic deformation

根據(jù)雙曲正弦函數(shù)的定義，可以將流變應(yīng)力表達(dá)為Zener-Hollomon參數(shù)的函數(shù)：

將Q的平均值代入式(4)可得熱加工參數(shù)Z的近似表達(dá)式：

高溫穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力對(duì)應(yīng)變不敏感，因此，忽略應(yīng)變的影響，將 和n的平均值代入式(6)可得用Z參數(shù)表示的峰值應(yīng)力 、應(yīng)變速率和溫度T的本構(gòu)關(guān)系式：

2.4 加工圖

式中：K 表示應(yīng)變速率為1時(shí)的流變應(yīng)力；m為應(yīng)變速率敏感因子，可表達(dá)為[14]：

對(duì)于 Al-Mg-Sc鋁合金，當(dāng)溫度不變時(shí)，ln 與ln的一元線性回歸系數(shù)大于97%,，說(shuō)明ln 與 ln之間存在線性關(guān)系，m值可以通過(guò)上式計(jì)算得出。

加工圖是加工變量空間(應(yīng)變速率，溫度)中功率耗散圖與失穩(wěn)圖的疊印圖。功率耗散圖代表材料顯微組織改變時(shí)功率的耗散，其變化率可用反映材料功率耗散特征的無(wú)量綱參數(shù)η來(lái)表示，其定義式如下：

當(dāng)σ()＜0時(shí)，為非穩(wěn)態(tài)流變。含有溫度與應(yīng)變速率的變量 ()構(gòu)成了失穩(wěn)圖。將功率耗散圖與失穩(wěn)圖重疊就可獲得加工圖。應(yīng)用熱加工圖來(lái)分析合金的加工性能不僅可以優(yōu)化加工工藝而且可以避免流變不穩(wěn)定區(qū)域。

圖3所示為Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金在真應(yīng)變分別為0.3和0.5時(shí)的加工圖，其他應(yīng)變的加工圖與此類似。由圖3可以看出，圖中失穩(wěn)區(qū)較少，說(shuō)明該合金可加工性較好。

真應(yīng)變?yōu)?.3與0.5的加工圖中出現(xiàn)2個(gè)類似峰區(qū)。峰區(qū)1的溫度范圍為430～480 ℃，應(yīng)變速率為5～10 s?1，峰值效率大于40%，峰值對(duì)應(yīng)的溫度和應(yīng)變速率分別為 450 ℃與 10 s?1；峰區(qū) 2的溫度范圍為 320～400 ℃，應(yīng)變速率為 0.01～0.001 s?1，峰值效率大于40%，峰值對(duì)應(yīng)的溫度和應(yīng)變速率分別為 350 ℃與0.001 s?1。

功率耗散圖是由功率耗散系數(shù)的等值線組成，加工圖中局部區(qū)域存在功率耗散效率最大值，它代表特殊的顯微組織或流變失穩(wěn)機(jī)制，常要結(jié)合變形后試樣的金相組織來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。不同熱變形條件下合金的金相組織見(jiàn)圖4。圖4(a)和圖4(b)為峰值點(diǎn)或接近峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的金相組織。由圖4可以看出，峰區(qū)內(nèi)的金相組織具有以下特點(diǎn)：峰區(qū)1的晶粒成等軸形，尺寸細(xì)小均勻，且有因壓縮變長(zhǎng)變大的趨勢(shì)，峰區(qū)2的晶粒沿垂直壓縮方向明顯拉長(zhǎng)，晶界比較明晰，沿晶界方向有析出的再結(jié)晶晶粒。

真應(yīng)變?yōu)?0.3的加工圖呈現(xiàn)出個(gè) 2 個(gè)非穩(wěn)定區(qū)域：區(qū)域 1 的溫度為 380～430 ℃，應(yīng)變速率為 1～10 s?1；區(qū)域 2 的溫度為 300～350 ℃，應(yīng)變速率為 0.1～0.01 s?1。真應(yīng)變?yōu)?.5的加工圖呈現(xiàn)出個(gè)2 個(gè)非穩(wěn)定區(qū)域：區(qū)域1的溫度為380～400 ℃，應(yīng)變速率為1～10 s?1；區(qū)域 2 的溫度為 300～350 ℃，應(yīng)變速率為 0.01～10 s?1。由圖3可以看到，在這些區(qū)域，功率耗散效率急劇減小，這有可能是變形應(yīng)力集中造成的，從而出現(xiàn)加工失穩(wěn)，變形不均勻等現(xiàn)象(如圖4(c)和(d)所示)。因此，加工中應(yīng)盡量避免這些區(qū)域。

圖3 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc合金在應(yīng)變約為0.3與0.5時(shí)的熱加工圖Fig.3 Processing maps of Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc alloys obtained at strain of 0.3 and 0.5

在中溫區(qū)，變形溫度為430～480 ℃、應(yīng)變速率為5～10 s?1時(shí)，其功率耗散系數(shù)最大值達(dá)到0.48，其組織細(xì)小(圖4(a))，但有長(zhǎng)大的趨勢(shì)，在這個(gè)溫區(qū)可進(jìn)行熱鍛、熱擠壓等變形，是該合金的最佳熱加工區(qū)域；而在較低溫度區(qū)域，即變形溫度為320～400 ℃、應(yīng)變速率約為0.01～0.001 s?1，是該合金的溫加工區(qū)域，獲得的鍛件組織更加細(xì)小(圖 4(b))，具有良好的韌性和強(qiáng)度。

圖4 在不同熱變形條件下合金的金相顯微組織Fig.4 Optical microstructures of specimens compressed under different conditions

3 結(jié)論

(1) Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金熱變形時(shí)，在一定的變形溫度和應(yīng)變速率下，真應(yīng)力并不隨應(yīng)變量的繼續(xù)增大而發(fā)生明顯的變化，即呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變特征，流變曲線為平滑直線，說(shuō)明變形過(guò)程中動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要的軟化機(jī)制；而其他條件下出現(xiàn)了明顯的峰值應(yīng)力，流變曲線呈現(xiàn)出鋸齒形，為典型的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征。在相同的變形溫度下，隨著應(yīng)變速率的增加，材料的真應(yīng)力水平升高，該合金是一種正應(yīng)變速率敏感材料。

(2) Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金的穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力滿足雙曲正弦本構(gòu)關(guān)系式，其材料參數(shù)為α=0.007 45 MPa?1，n=7.37，A=2.501 5×1011s?1，其平均激活能為158.92 kJ/mol。

(3) 采用Zener-Hollomon參數(shù)法構(gòu)建的 Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc鋁合金高溫塑性變形峰值應(yīng)力σ、應(yīng)變速率和變形溫度T之間的本構(gòu)關(guān)系為：

(4) 在中溫區(qū)，變形溫度為430～480 ℃、應(yīng)變速率約為5～10 s?1時(shí)，其功率耗散系數(shù)最大值達(dá)到0.48，可進(jìn)行熱鍛、熱擠壓等變形，是該合金的最佳熱加工區(qū)域。

(5) 而在較低溫度區(qū)域，即變形溫度為 320～400℃、應(yīng)變速率約為0.01～0.001 s?1，其功率耗散系數(shù)最大值為0.52，是該合金的溫加工區(qū)域，獲得的鍛件具有良好的韌性和強(qiáng)度。

[1] Filatov Y A,Yelagin V I,Zakharov V V. New Al-Mg-Sc alloys[J].Materials Science and Engineering A, 2000, 280: 97?101.

[2] 牟申周, 徐國(guó)富. 退火溫度對(duì)Al-6Mg-Sc-Zr 合金組織與性能的影響[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2007, 17(11): 1827?1832.

MOU Shenzhou, XU Guofu. Influence of annealing temperature on structure and properties of Al-6Mg-Sc-Zr alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2007, 17(11):1827?1832.

[3] 許栩達(dá), 姜鋒, 熊翔, 等. 微量 Sc、Zr對(duì) ZLl09 組織與性能的影響[J]. 鑄造, 2008, 57(4): 381?383.

XU Xuda, JIANG Feng, XIONG Xiang, et a1. Effect of trace Sc and Zr on microstructure and properties of ZL109 alloy[J].Foundry, 2008, 57(4): 381?383.

[4] 杜剛, 楊文, 閆德勝, 等. Al-Mg-Sc-Zr 合金中初生相的析出行為[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(6): 1083?1087.

DU Gang, YANG Wen, YAN Desheng, et al. Precipitation behaviors of primary phases in Al-Mg-Sc-Zr alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(6): 1083?1087.

[5] 聶波, 尹志明. Al-Mg-Sc合金熱塑性和熱加工工藝[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2007, 17(11): 1792?1797.

NIE Bo, YIN Zhiming. Thermo-plasticity and heat rolling processing of Al-Mg-Sc alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2007, 17(11): 1792?1797.

[6] 潘清林, 張小剛, 李文斌, 等. Al-Mg-Sc合金熱壓縮變形的流變應(yīng)力行為[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 40(4):926?931.

PAN Qinglin, ZHANG Xiaogang, LI Wenbin, et al. Flow stress behavior of Al-Mg-Sc alloy during hot compression[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2009,40(2): 179?181.

[7] 林均品. Mg含量對(duì)Al-Mg合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 19(1): 47?51.

LIN Junpin. Effect of Mg content on dynamic recrystallization of Al-Mg alloys[J]. Journal of University of Science and Technology of Beijing, 1997, 19(1): 47?51.

[8] Cavanaugh M K, Birbilis N, Buchheita R G, et al. Investigating localized corrosion susceptibility arising from Sc containing intermetallic Al3Sc in high strength Al-alloys[J]. Scripta Materialia, 2007, 56: 995?998.

[9] Jonas J J, Sellars C M, MeG W J. Strength and structure under hot-working conditions[J]. Metallurgical Reviews, 1969, 14: 1.

[10] 李文斌, 潘清林, 梁文杰, 等. 含 Sc超高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Mg-Sc-Zr合金的熱壓縮變形流變應(yīng)力[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2008, 18(5): 777?782.

LI Wenbin, PAN Qinglin, LIANG Wenjie, et al. Flow stress of super-high strength Al-Zn-Cu-Mg-Sc-Zr alloy containing Sc under hot compression deformation[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2008, 18(5): 777?782.

[11] Nagahama K, Miki I. Precipitation during recrystallization in Al-Mn and Al-Cr alloys[J]. Transactions of Japan Institute of Metals, 1974, 15(3): 185?192.

[12] 王宏偉, 易丹青, 王斌, 等. Mg-6.3Zn-0.7Zr-0.9Y-0.3Nd鎂合金的高溫塑性變形行為的熱壓縮模擬[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2010, 20(3): 378?384.

WANG Hongwei, YI Danqing, WANG Bin, et al. Hot compressive deformation simulation of Mg-6.3Zn-0.7Zr-0.9Y-0.3Nd magnesium alloy at elevated temperatures[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(3): 378?384.

[13] 王斌, 易丹青, 顧威, 等. Mg-5.3Zn-0.8Zr 鎂合金高溫變形行為的熱模擬研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 40(1):123?128.

WANG Bin,YI Danqing, GU Wei, et al. Thermal simulation of hot deformation behavior for Mg-5.3Zn-0.8Zr magnesium alloy[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2009, 40(1): 123?128.

[14] 李展志, 李慧中, 王海軍, 等. 6069鋁合金的熱變形行為和加工圖[J]. 粉末冶金材料科學(xué)與工程, 2011, 16(2): 155?161.

LI Zhanzhi, LI Huizhong, WANG Haijun, et al. Hot deformation behavior and processing map of 6069 aluminum alloy[J].Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2011,16(2): 155?161.

[15] 李紅英, 劉洋, 胡繼東, 等. ZA27合金的熱變形及加工圖[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(2): 365?370.

LI Hongying, LIU Yang, HU Jidong, et al. Hot deformation and processing map of ZA27 alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(2): 365?370.

(編輯 趙俊)

Hot deformation and processing maps of Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc aluminum alloy

WEN Zhi, YI Danqing, WANG Bin, ZHANG Yanke

(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The hot deformation behavior of Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc aluminum alloy was investigated by hot compressive tests on Gleeble?1500 thermal simulation test machine at 300?500 ℃ and strain rates of 0.001?10 s?1. The stress exponent and the deformation activation energy at elevated temperatures were calculated. The constitutive equation of the plastic deformation of Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc alloy at elevated temperatures was obtained by introducing Zener-Hollomon parameter. The processing maps were calculated and analyzed according to the dynamic materials mode. The results show that the flow behaviour is described by the hyperbolic sine constitutive equation, and an activation energy of 158.92 kJ/mol is greater than the activation energy for self-diffusion in Al. The process of hot deformation in the temperature range and different strain rate can be attained by the maps. The hot deformation temperature is 430?480 ℃, strain rate is around 5?10 s?1, warm deformation temperature is 320?400 ℃ and strain rate is 0.01?0.001 s?1. The instability zones of flow behaviour can also be recognized by the maps.

flow stress; processing maps; hot deformation; aluminum alloy

TG146.21

A

1672?7207(2013)03?0914?07

2012?04?02；

2012?07?20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51071177)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB619506)

易丹青(1954?)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，教授，博士生導(dǎo)師，從事高強(qiáng)高韌鋁合金及鎂合金研究；電話：0731-88830263；E-mail: yioffice@csu.edu.cn