原标题：双峰晶粒结构Al-Zn合金的触变成形制备及组织性能

导读

半固态加工技术兼顾铸造和锻造的特点，能够制备致密、高性能的金属构件，而双峰晶粒结构可同时实现高强度与高塑性。牛自斌等与陈体军团队以Al-30Zn合金为对象，通过精确调控制浆工艺参数和触变成形技术，成功制备出具有双峰晶粒结构的Al-Zn合金，抗拉强度达360 MPa、伸长率7.7%，实现了强度与韧性的协同提升。

半固态加工技术起源于20世纪70年代，金属材料在固相率60%以下时具有类似液态金属的流动性和很小的形变抗力。半固态成形兼顾铸造和锻造的特点，制件致密，且成形温度低可减少缩孔缩松。双峰结构材料由粗晶和细晶构成，将粗微米晶粒与超细纳米晶粒混合，可同时获得高强度和高塑性，其强韧化机制源于粗晶的应变硬化能力和细晶的强度贡献。本研究选用Al-30Zn合金，通过精确调控制浆工艺参数制备非枝晶结构坯料，采用触变成形技术结合短时固溶处理获得双峰晶粒结构。

01 文章来源

牛自斌、陈体军（兰州理工大学材料科学与工程学院；省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室），《双峰晶粒结构Al-Zn合金的触变成形制备及组织性能》，《特种铸造及有色合金》2026年第46卷第7期。摘要：为制备具双峰晶粒结构的Al-Zn合金，研究了细化剂加入温度、Zr含量及浇注温度对Al-30Zn合金组织的影响。

02 研究亮点

本文在1023 K下加入0.3%的Zr并于943 K低温浇注，成功制得优良的非枝晶浆料。经不同时间半固态等温热处理后触变成形压铸，得到由初生α-Al颗粒及二次凝固组织构成的半固态组织。在保温30 min时综合性能最优，抗拉强度为(325±5) MPa。经673 K短时固溶处理后，初生α-Al晶粒与二次凝固区细晶组织形成典型的双峰结构，抗拉强度提升至(360±5) MPa，屈服强度(255±4) MPa，伸长率7.7%±0.4%。

03 文章内容

1 试验材料与方法

合金熔炼采用2.5 kW电阻炉和石墨坩埚，将工业纯Al熔化后分批加入Zn，升温至1023～1033 K后精炼。研究了细化剂加入温度、Zr含量及浇注温度对Al-30Zn合金组织的影响。

2 细化工艺对铸态组织的影响

随Zr含量增加，组织逐渐变细，当Zr含量为0.3%时，Al-30Zn组织完全由细小的等轴晶构成。Zr与Al形成高熔点Al3Zr化合物，弥散分布于熔体中成为异质形核核心。变质剂加入温度和浇注温度也显著影响组织，1023 K加入Zr并于943 K低温浇注效果最佳。

图1　不同Zr含量对Al-30Zn合金组织的影响

图2　Zr细化后的Al-30Zn合金EDS面扫描图

图3　变质剂加入温度对Al-30Zn合金组织的影响

图4　浇注温度对Al-30Zn合金组织的影响

3 触变成形组织与力学性能

部分重熔时间对触变成形组织有显著影响。保温30 min时综合性能最优，抗拉强度为(325±5) MPa。不同部分重熔时间下断口形貌和力学性能存在差异。

图5　部分重熔时间对触变成形组织的影响

图6　不同部分重熔时间触变成形Al-30Zn合金的断口形貌及室温力学性能

4 固溶处理与双峰结构形成

触变成形态Al-Zn合金在673 K固溶不同时间后，初生α-Al晶粒未快速长大，η相溶解，在二次凝固区形成细晶组织，与初生α-Al形成典型的双峰结构。细晶区的晶界强化及粗细晶区协同作用使合金力学性能显著提升。

图7　触变成形态Al-Zn合金在673 K固溶不同时间后SEM组织

图8　二次凝固区显微组织

图9　触变成形Al-30Zn合金SEM组织及EDS面扫描分析

图10　触变成形态Al-30Zn合金在673 K固溶40 min后晶粒尺寸分布图

图11　触变成形态Al-30Zn合金在673 K固溶不同时间后的拉伸断口及室温力学性能

04 主要结论

（1）在1023 K下加入0.3%的Zr并于943 K低温浇注，成功制得优良的非枝晶浆料，Zr与Al形成Al3Zr异质形核核心细化晶粒。

（2）触变成形保温30 min时综合性能最优，抗拉强度为(325±5) MPa。

（3）经673 K短时固溶处理后形成双峰晶粒结构，细晶区的晶界强化及粗细晶区协同作用使抗拉强度达(360±5) MPa，屈服强度(255±4) MPa，伸长率7.7%±0.4%。

05 引用格式

中文：牛自斌，陈体军. 双峰晶粒结构Al-Zn合金的触变成形制备及组织性能［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（7）：1075-1081.

本文转载自：《特种铸造及有色合金》