收稿日期：２０２１－０１－２４
基金项目：安徽省教育厅高校自然科学重点项目（ＫＪ２０１９Ａ０８９２）；安徽省高校优秀拔尖人才培育资助项目（ｇｘｇｎｆｘ２０１９０７１）；安徽三联学院科研基金重点课题（ＫＪＺＤ２０２０００４）
作者简介：牛海侠（１９７９—），女，山东荷泽人，副教授，硕士，研究方向为铝合金成形技术、材料加工工程。
７０７５高强铝合金热挤压态加热过程中的
牛海侠，郭保永，张 琼，吴建美
（安徽三联学院机械工程学院，安徽合肥２３０６０１）
摘要：运用电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）技术，通过极图（ＰＦ）、反极图（ＩＰＦ）和取向分布函数（ＯＤＦ）图等分析手段，研究分析了热挤压态７０７５高强铝合金试样加热过程中微观组织和织构的变化情况。结果表明：热挤压态７０７５铝合金在４８０℃开始发生再结晶，初始态的晶向指数为［１ ０１］，随着加热温度的升高，再结晶的速度不断增大。到５８０℃，再结晶过程结束，原始的纤维状组织完全生成半固态等轴晶粒。在升温过程中，微观组织中织构的强度逐渐降低，织构种类增多。 关键词：７０７５铝合金；再结晶；织构；ＥＢＳＤ分析
中图分类号：ＴＧ１４６．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９６－７９０Ｘ（２０２１）０５－０００５－０５ＤＯＩ：１０．１９５７６／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－７９０Ｘ．２０２１．０５．００２
ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｘｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ７０７５ＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＡｌｕｍｉｎｕｍ
ＡｌｌｏｙｄｕｒｉｎｇＨｏｔＥｘｔｒｕｓｉｏｎＨｅａｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ
3d蓝光播放器ＮｉｕＨａｉｘｉａ，ＧｕｏＢａｏｙｏｎｇ，ＺｈａｎｇＱｉｏｎｇ，ＷｕＪｉａｎｍｅｉ
（ＡｎｈｕｉＳａｎｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＣｉｔｙ，ＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅ２３０６０１）
齿轮齿条转向器Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｄ
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ｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＥＢＳＤ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｅｘｔｕｒｅｏｆ７０７５ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｐｅｃｉｍｅｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｐｏｌｅｄｉａｇｒａｍ（ＰＦ，ｒｅｖｅｒｓｅｐｏｌｅｄｉａｇｒａｍ（ＩＰＦ）ａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＯＤＦ）ｄｉａ ｇｒａｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｏｔ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂｅｇａｎａｔ４８０℃，ａｎｄｔｈｅｏ ｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｔｅｗａｓ［１０１］．Ａｓｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｒａｔｅｏｆｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｉｎｕｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅ．Ａｔ５８０℃，ｔｈｅｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｆｉｂｒｏｕｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅｆｏｒｍｅｄｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｅｑｕｉａｘｅｄｇｒａｉｎｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｅｘｔｕｒｅｉｎｔｈｅｍｉ ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｔｅｘｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ；ｔｅｘｔｕｒｅ；ＥＢＳＤａｎａｌｙｓｉｓ
０ 引言
铝合金的半固态成形中，制备出等轴状晶粒的半固态坯料是最关键的一步。目前，常用的制坯方法有：机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱导熔化激活 法和再结晶部分重熔法［１］
。机械搅拌法能产生很
大的切变速率，但在搅拌中容易卷入气体，在搅拌不
到的区域晶粒尺寸不均匀。电磁搅拌法强化搅拌浆
料效果，微观组织为近似球形的等轴晶粒［２］
，属于
非接触性搅拌，过程易于控制，污染小，但设备结构复杂，耗能巨大，成本高。应变诱导熔化激活法
（ＳＩ
ＭＡ）［３］
直接采用金属铸坯制成半固态坯料，工艺工
球头挂环程简单，坯料不受污染，无需专用设备，且坯料中晶粒球化效果好，组织分布均匀，但效率较低。再结晶
第２３卷 第５期
Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．５
黄河科技学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＡＮＧＨＥＳ＆ＴＣＯＬＬＥＧＥ
２０２１年５月
Ｍａｙ２０２１
部分重熔法（ＲＡＰ）与ＳＩＭＡ法类似，是在低于再结晶温度对铸态坯料进行塑性变形，晶粒的细化效果和微观组织不够理想。
７０７５属于高强度超硬铝合金，其强度值为５００～７００ＭＰａ，可通过热处理强化，屈强比和比强度高，是飞机结构件的主要材料。经过热挤压，７０７５铝合金内部产生了较大的塑性变形，足够的塑性变形量使棒料储存较大的应变能，在升温过程中能制
得球化效果较好的晶粒。Ｈ．Ｊ．Ｂｕｎｇｅ［４］
指出，材料
中织构的分布状态影响了其性能的２
０％～５０％。因此，掌握半固态坯料在加热过程中的微观组织变化及织构的分布情况，研究半固态制坯中微观组织的演变机理，对于制备性能优良的坯料非常重要。本文以热挤压态７０７５铝合金为对象，探究坯料在加热过程中的再结晶规律及织构演化规律。
１ 实验材料及方法
实验所用材料是在４００℃以下以９ １挤压而成的Φ１５０ｍｍ的棒料，利用ＰＷ４４００光谱仪分析材料的化学成分，如表１所示。
将棒料沿挤压方向切成若干个５ｍｍ×１０ｍｍ
×１２ｍｍ的试样，放入箱式电阻炉从室温开始加热，达到２４０℃、２８０℃、３２０℃、３６０℃、４００℃、４４０℃、４８０℃、５００℃、５２０℃、５４０℃、５６０℃和５８０℃时，分别将试样取出淬火，以保留加热后的组织状态。将淬火后的试样水磨、金相抛光后用电解抛光设备制作ＥＤＳＢ试样，进行微观组织分析。
表１ ７０７５铝合金热挤压棒料化学成分表
％Ｚｎ
Ｍｇ
Ｆｅ
Ｃｕ
Ｃｒ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ａｌ
６．０２．３
０．０３１．５６０．１７０．２６０．２７余量
２ 实验结果与讨论
２．１ 坯料加热过程中的再结晶
图１为再结晶前后坯料的微观组织。图１（ａ）为棒料的初始组织。可看出，沿挤压方向，微观组织呈纤维状。在加热过程中，纤维状组织逐渐发生变化，出现了再结晶组织，图１（ｂ）中的亮点所示。再结晶过程是固态金属中大角度晶界的产生和迁移过程，其驱动力是位错能的降低。温度上升到５４０℃时，图中亮点较多，明显看到再结晶晶粒，说明此时
再结晶已经进行。
图１ 再结晶前后试样的微观组织
为了更加精确地分析加热过程中坯料的再结晶情况，选取４８０℃、５４０℃、５６０℃和５８０℃下的４个试样进行电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）检测。得到试样在不同温度下晶粒取向散布图（ＧｒａｉｎＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＳｐｒｅａｄ，ＧＯＳ），如图２所示，红代表变形组织，
蓝代表再结晶后的晶粒，黄表示亚晶组织。图２（１）中大部分呈现红，仅有少量黄，几乎没有蓝。由此可知，４８０℃时坯料的显微组织仍然保持着纤维状形态，此时仅有极少晶粒发生再结晶转变成亚晶组织。图２（ｂ）中蓝区域有所增加，可知，
５４０℃时，部分纤维状组织发生了合并粗化，部分晶粒发生再结晶逐渐形成细小的晶粒。图２（ｃ）中蓝区域占绝大部分，仅余少量黄和红区域，说明５６０℃时绝大部分晶粒已经发生了再结晶，只有少部分晶粒是仍为变形组织；图２（ｄ）几乎全部为蓝，说明５８０℃时，几乎所有晶粒均已发生再结晶转变成等轴晶。整体可知，坯料微观组织在４８０℃时已经开始再结晶，只是进展较为缓慢，直到５４０℃时，再结晶进程明显加快。加热温度越高，晶粒的再结晶获得的能量越多，促进了再结晶的进程。
６
黄河科技学院学报
电机支架
图２ 不同温度下淬火后的晶粒取向散布图（ＧＯＳ）
２．２ 坯料加热过程中的织构变化
图３为不同温度下淬火后的反极图（ＩＰＦ）。坯料中绝大部分晶粒取向一致的现象称为织构，即晶
粒的择优取向。研究加热过程中晶粒的织构变化对于把握材料的综合力学性能意义重大。由于受到挤压力的作用，棒料中的晶粒沿挤压方向变形，最终成纤维状，晶粒的取向基本一致，晶向指数为［１０１］，
如图３
（ａ），４８０℃时坯料的微观组织仍为初始挤压态。温度升高，晶粒取向逐渐变成无序状态，如图３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）。说明初始纤维状组织开始发生再结晶而生成等轴状晶粒，晶粒取向发生变化。到５８０℃时，几乎全部晶粒都是等轴晶，原始组织完全发生了再结晶，晶粒的取向为随机分布状态，再结晶进程较为彻底，
从而制得所需的半固态坯料。
图３ 坯料在不同温度下淬火后的反极图（ＩＰＦ） 图４为试样分别在４８０℃、５４０℃、５６０℃、５８０℃
时｛１００｝、｛１１０｝和｛１１１｝面上的极图（ＰＦ），采用等高线表达了织构分布和强弱情况。由图可知，在温度低于５
８０℃时，织构强度最大的面为｛１１１｝，强度最小的面为｛１１０｝。５８０℃时，｛１００｝面成为织构强度最大的面，但在该面上强度峰值分散，处于峰值的区域数量增加，这说明即使发生了再结晶，晶粒
仍存在择优取向（织构），但织构的强度峰值分布较为分散。由图４还可看出随着坯料温度上升，试样
中｛
１１１｝晶面上织构的强度逐渐降低，峰值由４８０℃时的１５．３３１降低到５８０℃时的４．９３４。由此可知，加热温度越高，晶粒再结晶能完全转为等轴
晶，但仍然存在织构，其强度值较低。７
牛海侠，等：７０７５高强铝合金热挤压态加热过程中的微观组织及织构分析
图４ 不同坯料温度下的极图（ＰＦ）
图５是７０７５铝合金加热过程中的恒φ２的ＯＤＦ图截面图。在ＯＤＦ图中金属的取向一般集中分布，且取向线越密集（图中颜越深）其密度越大［５］。图５（ａ）和（ｂ）中取向线比较密集，坯料中的织构密度较大，强度值也较大，最大值分别为２３．７５３和２１．５７９。主要的织构类型是Ｒ型｛１２４｝＜２１１＞织构和Ｃｏｐｐｅｒ型｛０１１｝＜２１１＞织构，Ｒ型织构含量较多，可知热挤压态７０７５铝合金中微观组织主要为变形织构Ｒ型织构。
当升温至５６０℃时，织构强度下降为１２．３５８。主要是因为此时再结晶进程加快，形成较多的等轴晶，取向线逐渐稀疏，晶粒取向呈现随机分布状，其强度值也降低。此时新增了旋转立方型｛０１１｝＜１１０＞织构。当温度上升到５８０℃时，晶粒完全再结
８黄河科技学院学报
晶，图５（ｄ）中存在着多种织构类型，主要有旋转立
方型织构、Ｒ型织构、Ｃｏｐｐｅｒ型织构和Ｇｏｓｓ型织构，
强度峰值为１
１．６９８。半固态坯料加热过程中，晶粒发生再结晶，再结晶的晶粒中仍然存在多种织构类
型，
但其强度降低。
图５ 坯料加热过程中取向分布函数（ＯＤＦ）图３ 结论（１）４８０℃时，发生再结晶的晶粒数量较少，再结晶的进展速度比较缓慢。到５８０℃时，再结晶进程进展较为彻底，几乎所有晶粒都通过再结晶生成等轴晶。温度越高，越有利于再结晶的发展。（２）４８０℃时，大部分的晶粒晶向指数为［１０１］，随着温度的上升，晶粒取向杂乱无章。５８０℃时，晶粒的取向随机，热挤压态的原始变形组织完全再结晶生产等轴晶粒。
（３）温度较低时，织构强度峰值所在的面为cap3
｛１１１｝，强度最小的为｛１１０｝面。５８０℃时，织构
强度峰值面为｛１００｝面，晶粒再结晶后存在择优取向，但其强度峰值分布较为分散。（４）经过加热处理，坯料的织构发生变化，完全
再结晶后，存在多种织构共存，主要有旋转立方型织构、Ｒ型织构、Ｃｏｐｐｅｒ型织构和Ｇｏｓｓ型织构，但强度
峰值由２３．７５３降为１１．６９８。参考文献：
［１］刘政，许鹤君．电磁搅拌时间对半固态Ａ３５６合金凝固组织的影响［Ｊ］．特种铸造及有合金，２０１２，３２
（９）：８２８－８３２．［２］陈振华．镁合金（精）［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．［３］ＣＨＡＹＯＮＧＳ，ＡＴＫＩＮＳＯＮＨＶ，ＫＡＰＲＡＮＯＳＰ．Ｔｈｉｘｏｆｏｒｍｉｎｇ７０７５ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，２００５，３９０（１／２）：３－１２．［４］ＹＩＮＡ，ＹＡＮＧＱ，ＨＥＦ，ｅｔａｌ．Ｔｅｘｔｕｒａｌｔｈｒｏｕｇｈ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ－ｆｒｅｅｓｔｅｅｌａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕ
ｅｎｃｅｏｎｐｌａｓｔｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２０１４，５５（１２）：１８４７－１８５１．［５］杨平．电子背散射衍射技术及其应用［Ｍ］北京：冶金工业出版社，２００７．
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牛海侠，等：７０７５高强铝合金热挤压态加热过程中的微观组织及织构分析
