通力合作，携手向前丨访中南大学机电工程学院深冷成型与极端服役性能材料团队

导读

中南大学机电工程学院深冷成型与极端服役性能材料团队，作为科研领域的佼佼者，一直致力于材料科学的前沿探索。岛津非常荣幸能与该团队紧密合作，共同推进技术创新与突破。通过双方的努力，我们已取得了丰富的成果。岛津提供的高精度、高性能仪器为团队的研究提供了坚实的技术支持，助力其在深冷成型及极端服役条件下的材料性能研究上取得了重要进展。

中南大学机电学院

喻海良教授，中南大学轻合金研究院/机电工程学院/高性能复杂制造国家重点实验室教授，博士生导师，2009年获得东北大学材料加工工程博士学位，后又获得中南大学升华特聘教授、国家特聘教授、湖湘高层次人才聚集工程-创新人才、中国科协海智计划特聘专家、校/省/国家级人才项目支持等头衔与荣誉。喻老师及其团队一直从事金属压力加工领域的研究，近年来专注于超低温塑性加工与高性能有色金属材料的制备和研究，深耕多年成果丰硕，已发表学术论文230篇，在多部国内外学术专著上发表著述。获国家授权发明专利60项；获得国内外有色金属行业10余项技术与创新奖项。并担任中国有色金属学会、中国有色金属学会材料科学与工程学术委员会等国内外多个材料期刊的专家与理事等职务，在金属加工相关学术领域有很高的知名度。

前沿学科，前景广阔

相对于传统热轧、温轧、冷轧，深冷轧制是一项变革性技术，它利用某些金属材料在深冷情况下具有优异的塑性变形能力以及深冷环境阻碍塑性变形过程中位错运动和再结晶行为，促使材料晶粒细化，材料具有更高的强度与韧性。近年来深冷轧制制备高性能金属材料的研究不断取得进展，深冷轧制工艺在铝合金、铜合金、钛合金、复合层状金属带材中都得到应用。

常温下复杂构件成形过程中应变硬化能力有限，容易在加工过程中复杂曲面位置容易破裂，从而导致加工失败；高温处理虽然能让金属塑性显著增加，但容易硬化变弱甚至软化，更易集中变形，不仅不能解决起皱的问题，产生破裂，并且还易造成组织性能损失，需要通过成形后再次热处理来提高构件强度，然而成形后再淬火会导致大尺寸薄壁件受残余应力影响，严重变形且难以校形。一语概之，微观结构决定宏观性能，这些问题都需要从原子和微观层面的定量研究中给出答案。金属材料微观变形机制有位错滑移、晶界滑动和孪生等。变形机制不同，微观结构演变也就不同，从而表现出不同的宏观性能。

开拓进取，直面挑战

喻教授团队在国际上领先发现深冷环境条件下部分合金强塑性双增效应，该效应非常利于航空航天和汽车领域复杂构件的成形。深冷成形加工的核心是利用硬化扩展变形，避免变形局域化。因此深冷环境下合金的双增效应是一个非常值得探究的科学问题。

近期，喻教授团队发表在《中国有色金属学报》上的重点推荐文章《7075铝合金深冷轧制及时效处理微观组织和性能》中阐述了采用深冷轧制与时效处理成功制备了高强度、高延展性且无裂纹的7075铝合金板材，在强度略高于室温轧制+峰值时效的同时，断裂伸长率与之相比提升了57.4%。揭示了深冷轧制的 7075 铝合金板材无裂纹、成形性能提高的机理，即深冷环境下7075 铝合金延展性的改善、深冷轧制对剪切带形成的抑制以及深冷轧制对 MgZn2 强化相过早形成的避免这三种因素的共同作用。验证了采用深冷轧制+时效处理制备优异综合力学性能并避免热处理强化合金出现边缘裂纹的可行性，为热处理强化合金的制备提供了一种新颖可行的技术方案。

图1. 深冷轧制和室温轧制制备7075铝合金板材的流程图
如以上流程图所示，进行多道次轧制，单道次轧制压下率为8%，分别在20%、40%、60%和80%四个压下率留样。对于深冷轧制，第一道次前将固溶板材浸泡在盛有液氮(-196℃)的深冷容器中30 min，后续每道次开始前浸泡10 min。

深耕学术，成果丰硕

图2. 金属深冷轧制样品
图3. 不同压下率样品的工程应力-应变曲线和加工硬化率曲线：

(a) 20%压下率，(b) 40%压下率，(c) 60%压下率，(d) 80%压下率）

上图显示了深冷轧制和室温轧制样品强度较固溶样品得到显著提升，强化效果随压下率增加而提高，其中80%压下率的深冷轧制样品屈服强度和抗拉强度较固溶样品分别提高了155%和44%。相同压下率的深冷轧制样品塑性明显优于室温轧制样品。（使用岛津AGS-X电子万能试验机获取）

图4. 岛津AGS-X电子万能试验机

表1.  7075铝合金板材的力学性能
图5.  20%、40%、60%和80%压下率轧制样品的XRD衍射图
图6.岛津XRD-7000S衍射仪
深冷轧制+峰值时效样品断裂伸长率较室温轧制+峰值时效样品分别提高了8.7%、18.5%、45.5%和57.4%，提升效果随压下率增加而大幅增强。深冷轧制+峰值时效样品优异的塑性，主要是时效引起的位错湮灭、深冷轧制时更均匀的变形和深冷轧制+峰值时效样品中大量细小析出相的共同作用（使用岛津XRD射线衍射仪获取）。

携手共进，展望未来

岛津作为世界知名的仪器制造商，与中南大学以及喻教授团队通力合作。配备了多台岛津试验机产品 —AGS-X 10KN 电子试验机用于高低温金属力学测试；TRView非接触式视频引伸计测定拉伸应变，XRD射线衍射仪用于金属和合金材料的晶体结构。岛津分析设备除了检测试验，也用于重点科研项目的研究与学生的培养，同时也承接喻教授团队的研究任务。岛津仪器稳定可靠的性能，为科研项目研究的开展提供有力的支持。
谈到未来畅想时，喻海良教授表示：研究团队目前对航空航天装备迫切需求的高强铝合金整体结构的制备研究逐渐向更深领域推进，对不同金属在深冷环境下的力学性能、微观组织演变和变形机理研究也取得了可喜 进展，将来会继续深入研究航空航天和汽车领域的复杂构件的深冷成形工艺开发。在这个崭新的研究领域，期望能和岛津在后续的分析应用过程中加强合作，紧跟世界研 究前沿，通力合作携手未来。
衷心感谢深冷成形与极端服役性能材料团队的杰出工作和无私分享，我们希望继续为客户提供先进的仪器、精湛的技术与完善的服务，实现合作共赢，创造美好未来！

喻海良教授团队2024年发表的部分论文（影响因子5.0以上）：

1.Achieving High Strength and Tensile Ductility in Pure Nickel by Cryorolling with Subsequent Low-Temperature Short-Time Annealing刊登于Engineering，影响因子10.1。

2. Microstructure and mechanical properties of AA1050/AA6061 multilayer composites via accumulative roll bonding and cryorolling and subsequent aging刊登于Materials Science and Engineering: A，影响因子6.1。

3. Microstructure evolution and mechanical properties of Al/Mg–Li/Al laminate metallic composites via hot roll bonding and subsequent cryorolling刊登于Materials Science and Engineering: A，影响因子6.1。

4. Effect of cryorolling on the microstructure and high-temperature mechanical properties of AA5083 sheets刊登于Materials Science and Engineering: A，影响因子6.1。

5. Fracture toughness and fracture mechanism of Al-Mg-Si alloy sheet subjected to pre-cryorolling and subsequent bake hardening刊登于Journal of Alloys and Compounds，影响因子5.8。

6. Transverse texture weakening and anisotropy improvement of Ti-6Al-4Valloy sheet via asymmetric rolling and static recrystallization annealing刊登于Journal of Alloys and Compounds，影响因子5.8.

 

本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

作者: 
王正宇
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