al-zn-mg-cu合金铣削表面变形层的微观组织和织构

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1、Al-Zn-Mg-Cu合金铣削表面变形层的微观组织和织构陈艳霞杨延清北工^大学材料学院利用透射电镜(TEM)技术以及配套的旋进电子衍射(PED)技术对铣削Al-Zn-Mg-Cu合金表而变形层的微观组织和织构进行研宂。结果表明：表而变形层是由最表层的等轴纳米晶/超细晶层和亚表层的层状纳米晶/超细晶层组成，晶粒周围分布大量的粗大晶界析山相(GBPs);最表层再结晶的纳米晶/超细晶的存在说明除了位错运动，动态再结晶也在晶粒细化过程中发挥作用；与原始粗晶相比，加工表面变形层内GBPs和晶内析出相(GIPs)尺寸和密度明显的不同是由于热机械作用诱发

2、析出相重新分布;表而变形层的织构类型为由近铜型织构｛112｝＜111〉、旋转立方织构｛001｝〈110＞和F型织构｛111｝〈112＞组成的混合型织构,铣削加工过程引入的表面剧烈剪切变形是上述织构形成的主要原因。关键词：Al-Zn-Mg-Cu合金;旋进电子衍射;析出相;织构;通过不同的时效热处理，Al-Zn-Mg-Cu合金的强度可以大幅提高，其主要的时效强化相为I］(MgZn2)相及其非平衡先驱体［卜2］。作为重要的航空材料，铣削加工是其主要的高速加工方式之一，与其他的表g加工方法类似［3-4］,铝合金铣削表面通常会发生高应变速率的槊性变

3、形,导致产生一个表面剧烈塑性变形层(surfacesevereplasticdeformation,sspd),该层内晶粒尺、r和形状、析出相尺、r和密度以及力学性能都发生变化［3-7］。虽然之前的研究已经发现了Al-Zn-Mg-Cu合金机械加工导致的晶粒细化和析出相变化［5-7］，但是由于机械加工过程屮晶粒细化和析出两个过程同时发生且相互影响，因此仍需进行进一步的研宄以充分理解晶粒细化和析出之间的关系。此外，伴随着晶粒细化和析出等微观组织的变化，晶体学织构的变化也有可能发生在机械加工构件中［8-9］。由于机械加工导致的变形层通常只有几个

4、微米厚度，该层内主要是尺寸在纳米级别的纳米晶II存在大量的残余应力，传统的基于扫描电子显微镜（SEM）的电子背散射技术（EBSD）很难获得很好的织构信息［10-12］。为了使纳米取向分析达到更高的分辨率，基于透射电子显微镜（TEM）的旋进电子衍射技术（PED）［11-12］得到快速的发展。得益于TEM电子束的高分辨特征，PED技术在晶粒尺度小至5nm的纳米晶取向面分析中显示了很好的能力［11］。同吋，由于TEM动力学效应如衍射、弯曲和厚度的影响被削弱和消除，PED技术可以很好地提高衍射花样的取向变化敏感性，增加丫花样的标定率［11-12］

5、。本研究综合采用SEM,TEM特别是基于TEM的PED取向面分析技术对7055铝合金铣削加工表面大塑性变形层（SSPD）中的微观组织和晶体学特征进行研究，揭示铣削加工对7055铝合金表面变形层内晶粒细化、析出行为以及织构演变的影响。1实验材料及方法1.1原材料与加工方法原材料为商用的7055-T77铝合金板材，其名义成分为:A卜8.2Zn-2.OMg-2.3Cu_0.12Zr-0.08Fe-0.04Si（质量分数/%）,板材尺寸为100mmX100mmX30mm。在MikronIISM800铣床上室温进行铣削加工。铣削刀具为山特维克直径1

6、0画的GC1620平底刀，前角：13.5"，后角：10.5°，螺旋角:45°，齿数:4。加工工艺参数为:铣削速率vt.=900m/min，进给速率fz=0.06mm/z,锐削深度ap=0.5mm。进给方向平行于原始板材的乳制方向，定义为SD，垂直于加工表面的方向定义为ND。1.2微观结构表征铣削加工7055铝合金样品的微观组织特征通过金相显微镜（0M）、场发射扫面电子显微镜ZeissSuper55和装配有高角环形暗场（HAADF）探头的300kV透射电子显微镜TecnaiF30G来获得。0M和SEM样品通过研磨、抛光和化学腐蚀来制备，TE

7、M截面样品用改良的截面样品制备方法在Gatan682离子减薄设备上液氮条件下制备。1.3织构分析7055铝合金原始材料的织构通过ZeissSupra55SEM上装配的EBSD系统获得，其扫描步讼为0.1um。铣削加工表面变形层的晶体学织构是通过旋进电子衍射技术（PED）辅助的TEM取向面方法得到。Pm）面分布图采集过程采用旋进角0.6°、束斑直径5nm和步长4nm对感兴趣的区域逐点快速获得PK）花样，并最终在离线状态下对结果进行标定。进一步的取向面分析和可视化是通过ASTARMapViewer软件和Channel5软件似来进行的。2结果与

8、讨论2.1原始材料的微观组织和织构分析铣削加工前，原始材料7055-T77铝合金邻近待加工面的组织显示出典型的轧制组织特征:主要是大的层片状组织以及层片组织屮的亚晶组织(如图1(a)所示)。通