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Effects of Zr and V on microstructure and hot deformation behavior of 7150 aluminum alloys

机译：Zr和V对7150铝合金组织和热变形行为的影响

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7xxx series aluminum alloys are very attractive materials for their applications in the automotive and aerospace industries due to their excellent combination of properties such as high strength-to-density ratio, high fracture toughness and resistance to stress corrosion cracking. These aluminum alloys are generally subjected to hot forming processes such as rolling, extrusion and forging. To optimize the mechanical properties and processability of hot-formed alloys, a better understanding of the effect of micro-alloying elements on deformation behavior and microstructural evolution during hot deformation is required.udTherefore，in the present study, the hot deformation behavior of the 7150 aluminum alloys containing Zr ranging from 0 to 0.19 wt%, and V ranging from 0.01 to 0.19 wt% was studied using uniaxial compression tests conducted at various temperatures (300 to 450 °C) and strain rates (0.001 to 10 s-1), respectively.udThe hot deformation behavior and microstructural evolution of the 7150 base alloy (Zr free) were studied. A decline ratio map of flow stresses was proposed and divided into five deformation domains, in which the flow stress behavior was correlated with different microstructures and dynamic softening mechanisms. The results reveal that the dynamic recovery is the sole softening mechanism at temperatures of 300 to 400 °C with various strain rates, and at temperatures of 400 to 450 °C with strain rates between 1 and 10 s-1. At the high deformation temperature of 450 °C with strain rates of 0.001 to 0.1 s-1, a partially recrystallized microstructure was observed and dynamic recrystallization (DRX) provided an alternative softening mechanism. Two kinds of dynamic recrystallization (DRX) might operate at the high temperature, in which discontinuous dynamic recrystallization was involved at higher strain rates and continuous dynamic recrystallization was implied at lower strain rates.udAfter being alloyed with Zr from 0 to 0.19 wt%, the results show no significant variation in the peak flow stress or activation energy between the 7150 base alloy and the alloy containing 0.04 wt% Zr. With a further increase in the Zr content to 0.19 wt%, the values of peak flow stress and activation energy increased significantly. The solved constitutive equations yielded good predictions of the peak flow stress over wide temperature and strain-rate ranges for 7150 alloys with different Zr contents. The dynamic recovery level of the materials was reduced after being alloyed with Zr, which was associated with a decrease in the mean misorientation angle of boundaries and a decrease in subgrain size. The addition of Zr promoted the retardation of dynamic recovery and the inhibition of dynamic recrystallization during hot deformation due to the pinning effect of Al3Zr dispersoids on dislocation motion and to restrained dynamic restoration.udWhen the material was alloyed with V from 0.01 to 0.19 wt%, the peak flow stress of the 7150 alloy significantly increased. The alloys containing 0.03-0.05 wt% V displayed higher values of peak flow stress than those with 0.11-0.19 wt% V at low temperatures, whereas they displayed comparable values at higher temperatures. The activation energy for hot deformation increased from 229 kJ/mol for the base alloy to approximately 270 kJ/mol for the alloys containing 0.03-0.05 wt% V. With further increases in V contents up to 0.19 wt%, the activation energy returned to approximately 250 kJ/mol. The vanadium-solute diffusion acted as the deformation rate-controlling mechanism for the alloys containing up to 0.05 wt% V. resulting in enhanced work hardening and improved subgrain strengthening effects. The precipitation of Al21V2 dispersoids in the alloys containing 0.11 to 0.19 wt% V promoted the retardation of dynamic recovery and the inhibition of dynamic recrystallization.udThe effects of Zr (0.04 to 0.15 wt%) and V additions (0.05 to 0.15 wt%) on the processing map of 7150 aluminum alloys were investigated. The results reveal that theudprocessing map for the 7150 base alloy exhibits a single domain (Domain I), associated with dynamic recovery and partially dynamic recrystallization. With increasing Zr and V additions, Domain I shrinks towards higher temperatures and higher strain rates with decreases in efficiency of power dissipation, due to a restrained level of dynamic recovery caused by the pinning effect of Al3Zr and Al21V2 dispersoids. When the added Zr and V contents reach 0.15%, another domain (Domain II) is formed, corresponding to the cavity formation in microstructure. The flow instability during hot deformation of 7150 alloys is attributed to the formation of adiabatic shear bands and deformation bands. The instability region extends toward lower strain rates when alloyed with Zr and V. The optimum hot-working parameters for those alloys are determined to be the deformation temperature of 450 °C and strain rate of 0.01 s-1.udFurthermore, a revised Sellars’ constitutive equation was proposed, which considered the effects of the deformation temperature and strain rate on the material variables and which provided an accurate estimate of the hot deformation behavior of the 7150 aluminum alloy. The results reveal that the activation energy for the hot deformation of the 7150 aluminum alloy is not a constant value but rather varies as a function of the deformation conditions. The activation energy for hot deformation decreased with increasing deformation temperature and with increasing strain rate. The peak flow stresses under various deformation conditions were predicted by a revised constitutive equation and correlated with the experimental data with excellent accuracy.ududLes alliages d'aluminium de la série 7xxx sont des matériaux très attractifs pour leurs applications dansudles industries automobile et aéronautique en raison de leur excellente combinaison des propriétés tellesudque le haut rapport résistance-densité, la haute ténacité et la résistance à la fissuration par corrosionudsous contraintes. Ces alliages d'aluminium sont généralement soumis à des procédés de formage àudchaud tels que le laminage, l'extrusion et le forgeage. Pour optimiser les propriétés mécaniques etudl'aptitude au traitement des alliages formés à chaud, une meilleure compréhension de l'effet des élémentsudde micro-alliage sur le comportement de déformation et de l'évolution de la microstructure durant lauddéformation à chaud est nécessaire. Par conséquent, dans cette étude, le comportement à la déformationudà chaud des alliages d'aluminium 7150 contenant du Zr allant de 0 à 0,19% en poids, et du V allant deud0,01 à 0,19% en poids a été étudié en utilisant des essais de compression uniaxiale réalisés à différentesudtempératures (300 à 450 ° C) et de la vitesse de déformation (0,001 à 10 s-1), respectivement.udLe comportement à la déformation à chaud et l'évolution de la microstructure de l'alliage de base 7150udont été étudiés. Un contour du rapport diminué de contraintes a été proposé et divisée en cinq domainesudde déformation dans lesquelles le comportement des contraintes d'écoulement a été mis en corrélationudavec différentes microstructures et mécanismes d'adoucissement dynamiques. Les résultats révèlent queudla restauration dynamique est le seul mécanisme d’adoucissement à des températures de 300 à 400°Cudavec différentes vitesses de déformation, et à des températures de 400 à 450°C avec des vitesses deuddéformation comprises entre 1 et 10 s-1. A la température élevée de déformation de 450°C avec un tauxudde contraintes de 0,001 à 0,1s-1, une microstructure partiellement recristallisée a été observée et laudrecristallisation dynamique (DRX) a fourni un mécanisme alternatif d’adoucissement. Deux types deudrecristallisation dynamique (DRX) pourraient fonctionner à la température élevée, l’une dans laquelle laudrecristallisation dynamique discontinue a participé à la hausse des vitesses de déformation et l’autre, laudrecristallisation dynamique continue qui a été impliquée à des vitesses de déformation plus faibles.udAprès avoir été allié avec du Zr de 0 à 0,19% en poids, les résultats ne montrent pas de variationudsignificative du pic de la contrainte d'écoulement ou de l'énergie d'activation entre l'alliage de base 7150udet l'alliage contenant 0,04% en poids de Zr. Avec une augmentation supplémentaire de la teneur en Zrudjusqu’à 0,19% en poids, les valeurs du pic des contraintes d’écoulement et de l'énergie d'activation ontudaugmenté de manière significative. Les équations constitutives résolues ont donné de bonnes prédictionsuddu pic de la contrainte d’écoulement sur des gammes de température et de vitesse de déformation plusudlarge pour les alliages 7150 ayant différentes teneurs en Zr. Le niveau de restauration dynamique desudmatériaux a été réduite après avoir été allié avec le Zr, qui a été associée à une diminution de l'angleudmoyen de désorientation des limites et d'une diminution de la taille des sous-grains. L'addition de Zr audfavorisée le retard de la reprise dynamique et l'inhibition de la recristallisation dynamique pendant lauddéformation à chaud à cause de l'effet de restriction des précipités Al3Zr sur le mouvement des dislocations et la maitrise de la restauration dynamique.udLorsque le matériau a été allié avec du V de 0,01 à 0,19% en poids, la pic des contraintes d'écoulementudde l'alliage 7150 a augmenté de manière significative. Les alliages contenant de 0,03 à 0,05% en poidsudde V ont montré des valeurs du pic de la contrainte à l’écoulement plus élevés que ceux qui contiennentudune teneur de V de 0,11 à 0,19% en poids à basse température, alors qu'ils montraient des valeursudcomparables à des températures plus élevées. L'énergie d'activation pour la déformation à chaud estudpassé de 229 kJ/mol pour l'alliage de base à environ 270 kJ/mol pour les alliages contenant de 0,03 àud0,05% en poids de V. Avec de nouvelles augmentations des teneurs en V jusqu'à 0,19% en poids,udl'énergie d'activation est revenue à environ 250 kJ/mol. La diffusion de la solution de vanadium a agi enudtant que mécanisme de contrôle de la vitesse de déformation pour les alliages contenant jusqu'à 0,05%uden poids de V, ce qui améliore l’écrouissage et le renforcement des effets de sous-grains.udLa précipitation of Al21V2 dans les alliages contenant de 0,11 à 0,19% en poids de V favorise la retardation de la restauration dynamique et l'inhibition de la recristallisation dynamique.udLes effets de l’addition du Zr (de 0.04 à 0.15% en poids) et du V (0.05 à 0.15% en poids) sur la déformation à chaud et la cartographie du processus des alliages d'aluminium 7150 ont été étudiés en utilisant des essais de compression uniaxiale réalisés à différentes températures (300 à 450°C) et différents vitesses de contraintes (de 0.001 à 10 s-1). Les résultats révèlent que la carte de traitement de l'alliage de base 7150 présente un seul domaine (Domaine I), associé à la récupération dynamique et la recristallisation dynamique partielle. Avec l'augmentation de l’addition du Zr et du V, le domaine I rétrécit vers des températures plus élevées et des vitesses plus élevés de contrainte avec des baisses de l'efficacité de la puissance de dissipation, en raison d'un niveau restreint de la restauration dynamique provoquée par l'effet de l'épinglage des dispersoïdes Al3Zr et Al21V2. Lorsque le contenu ajouté de Zr et V atteint 0.15%, un autre domaine (Domaine II) est formée, correspondant à la formation de la cavité dans la microstructure. L'instabilité de l'écoulement durant la déformation à chaud des alliages 7150 est attribuée à la formation de bandes de cisaillement adiabatiques et des bandes de déformation. La région d'instabilité s'étend vers des taux de déformation inférieurs lorsqu'il est allié avec le Zr et le V. Les paramètres optimaux du formage à chaud pour ces alliages sont déterminés comme étant la températureudde déformation de 450°C et la vitesse de contrainte de 0.01 s-1. udL’équation constitutive révisée de Sellars a été proposée, qui a considéré les effets de la température deuddéformation et la vitesse de déformation sur les constantes des matériaux et qui a fourni une estimationudprécise du comportement de la déformation à chaud de l'alliage 7150 en aluminium. Les résultatsudrévèlent que l'énergie d'activation de la déformation à chaud de l'alliage d'aluminium 7150 n'est pas uneudvaleur constante, mais plutôt varie comme une fonction des conditions de déformation. L'énergieudd'activation de la déformation à chaud a diminué avec l'augmentation de la température de déformation etudavec l'augmentation de la vitesse de déformation. Les pics des contraintes d’écoulement sous différenteudconditions de déformation ont été prédits par une équation constitutive révisée et mis en corrélation avecudles données expérimentales avec une excellente précision.
机译：7xxx系列铝合金由于其优异的性能组合（例如高强度密度比，高断裂韧性和抗应力腐蚀开裂性）而成为在汽车和航空航天工业中非常有吸引力的材料。这些铝合金通常经受热成型工艺，例如轧制，挤压和锻造。为了优化热成型合金的机械性能和可加工性，需要更好地了解微合金元素对热变形过程中变形行为和微观组织演变的影响。 ud因此，在本研究中，本发明的合金的热变形行为使用在各种温度（300至450°C）和应变速率（0.001至10 s-1）下进行的单轴压缩试验研究了7150铝合金，其中Zr的范围为0至0.19 wt％，V的范围为0.01至0.19 wt％ ud研究了7150基合金（无Zr）的热变形行为和组织演变。提出了流动应力下降比图，并将其划分为五个变形域，其中流动应力行为与不同的微观结构和动态软化机制相关。结果表明，动态恢复是在300到400°C的温度下具有不同应变速率的唯一软化机制，而在400到450°C的温度下在1到10 s-1之间的应变速率是唯一的软化机制。在450摄氏度的高变形温度下，应变速率为0.001至0.1 s-1，观察到部分重结晶的微观结构，动态重结晶（DRX）提供了另一种软化机制。两种动态重结晶（DRX）可能会在高温下运行，其中较高的应变速率涉及不连续的动态重结晶，而在较低的应变速率下则意味着连续的动态重结晶。 ud与0至0.19 wt％的Zr合金化后，结果表明，在7150基合金和含0.04 wt％Zr的合金之间，峰值流动应力或活化能没有明显变化。随着Zr含量进一步增加到0.19 wt％，峰值流应力和活化能值显着增加。求解的本构方程可以很好地预测Zr含量不同的7150合金在宽温度和应变速率范围内的峰值流动应力。与Zr合金化后，材料的动态恢复水平降低，这与边界平均错位角的减小和亚晶粒尺寸的减小有关。 Zr的添加由于Al3Zr分散质对位错运动的钉扎作用和抑制的动态恢复而促进了热变形过程中的动态恢复的延迟和动态再结晶的抑制。 ud当材料与0.01％至0.19 wt％的V合金化时，7150合金的峰值流应力显着增加。含有0.03-0.05 wt％V的合金在低温下显示出的峰值流应力值比含有0.11-0.19 wt％V的合金显示出更高的峰值流应力值，而在高温下它们则显示出可比较的值。热变形的活化能从基础合金的229 kJ / mol增加到含0.03-0.05 wt％V的合金的约270 kJ / mol。随着V含量进一步增加至0.19 wt％，活化能恢复为约250 kJ / mol。钒溶质的扩散是控制含量高达0.05 wt％V的合金的形变速率控制机制，从而提高了加工硬化和改善了亚晶粒强化效果。 V含量为0.11至0.19 wt％的合金中Al21V2弥散体的沉淀促进了动态回复的延迟和动态再结晶的抑制。 udZr（0.04至0.15 wt％）和V添加（0.05至0.15 wt％）的影响在7150铝合金的加工图上进行了研究。结果表明，7150基合金的 udprocessing图显示单个域（域I），与动态恢复和部分动态重结晶相关。随着Zr和V添加量的增加，由于Al3Zr和Al21V2弥散体的钉扎效应导致动态恢复受到限制，畴I向更高的温度和更高的应变速率收缩，并降低了功耗。当添加的Zr和V含量达到0.15％时，会形成另一个域（域II），与微结构中的空腔形成相对应。 7150合金热变形过程中的流动不稳定性归因于绝热剪切带和变形带的形成。当与Zr和V合金化时，不稳定性区域向较低的应变率延伸。这些合金的最佳热加工参数确定为450°C的变形温度和0.01 s-1的应变率。，提出了修订的Sellars本构方程，该方程考虑了变形温度和应变速率对材料变量的影响，并提供了7150铝合金热变形行为的准确估计。结果表明，7150铝合金热变形的活化能不是恒定值，而是随变形条件而变化的。热变形的活化能随着变形温度的升高和应变速率的增加而降低。通过修正的本构方程预测了在各种变形条件下的峰值流动应力，并与实验数据相关，具有极高的准确性。 ud uds s'riesérie铝制7xxx子母材吸引了许多应用。dans udles工业汽车etaléronautiqueen leison delauréee eeéééééééééééricédeééééééééééé uqueque de la haut融洽的抵抗和密度的高尚的理由，以及腐蚀多余的禁忌。铸造，铸造和锻造的铝制企业联合会（Césalald'Aluminium Sontgénéralementsoumisàdesprocédésformaà udchaud tels que le laminage）。朝着微薄的伙伴关系倾注最优化的权利，并在微观结构的变革与发展中获得了微薄的发展chaud estnécessaire。因此，同盟国/盟国/盟国/盟国/地区7150铝的权益占0 0,19％的股份，等价的铝股份占0,19％的股份。分别说明了在不同温度下（300à450°C）和变形变形（0,001à10 s-1）的单轴压缩性和实用性的观点。 udLe comportmentàladéformation '基础结构的微观结构演化'7150 udontétéétudiés。禁止在轮廓上和整体上融为一体的建议性和不平等的关系，在消除相互矛盾的过程中，应在微观结构和力学上进行差异化处理。法语国家教育与发展组织动态研究中心在300到400°C的温度范围内进行了变形，而在400到450°C的温度范围内进行了变形等10 s-1。温度在450°C时的变形，从0,001à0,1s-1开始，微观结构的相互补充和观察与发展，都引起了人们的广泛关注。 deux类型的de udrecristallisation dynamique（DRX）临时功能在温度升高，l'une dans laquelle la udrecristallisation dynamique终止了在quédéééééééééééééééédeéééééédelééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééé到到从它dAprèsavoirétéalleéavec du Zr de 0à0.19 en poids，lesrésultatsne montrent pas devariation dupificative du pic de la de la de continte d'écoulementou de l'énergied'activation基础总价7150 deli l'alliage contenant 0,04％en poids de Zr。负责任的法国高级企业家，有0.19％的人是性的，具有积极意义的劳动者保护和合作的价值评估具有重要意义。本《宪法》的构成要件《温度与环境的游戏变奏曲》，以及《反义词》和《大宪章》 7150。法国国家研究与发展局的动态研究与发展研究所，法国国家研究与发展研究局对法国的研究与发展进行了初步的研究。重新发展活力和抑制再发展动力的吊坠，防止犯罪再发生的限制措施，恢复原状的Al3Zr udàlésquelematériauaétéallééavec du V de 0,01à0.19％en poids，la pic des desintintes d'écoulement udde l'alliage 7150 amanageédemanière意义重大。盟约国债0,03à0,05％人民法院déde de de de de de de de de de de de de de de de de de de la de de de de de de de de de de la de la de la de la de€欧元de€0,11à0,19％ en poidsàbasetempérature，alor qu'ils montraient des valeurs udcomparablesàdestempératurespluselevées。 229千焦耳/摩尔的倾销法和270千焦耳/摩尔的倾销资产，0.03倾销的盟友V为0.05重量％。随着V含量进一步增加至0.19重量％，活化能返回到约250kJ / mol。钒溶液的扩散是控制含量高达0.05％（重量）V的合金变形速率的一种机制，从而改善了工件的硬化并增强了V的效果。 ud含0.11％至0.19％（重量）的V的合金中Al21V2的析出促进了动态恢复的延迟和对动态再结晶的抑制。使用在不同温度下进行的单轴压缩试验研究了Zr（0.04至0.15％重量）和V（0.05至0.15％重量）对7150铝合金的热变形和工艺映射的影响温度（300到450°C）和不同的应力率（0.001到10 s-1）。结果表明，基础合金7150的处理卡具有单个域（域I），与动态恢复和部分动态重结晶关联。随着Zr和V的添加增加，由于水平受限，域I缩小到更高的温度和更高的应力率，而功耗效率降低分散剂Al3Zr和Al21V2的钉扎效应引起的动态修复。当Zr和V的添加量达到0.15％时，形成另一个域（域II），其对应于微结构中的空腔的形成。 7150合金热变形过程中流动的不稳定性归因于绝热剪切带和变形带的形成。当与Zr和V合金化时，不稳定性区域扩展到较低的应变速率。确定这些合金热成型的最佳参数为应变温度为450°C和约束速度为​​0.01 s-1。 ud提出了修正的Sellars本构方程，其中考虑了变形温度和变形速度对材料常数的影响，并提供了对l热变形行为的精确估计。 7150铝合金。结果表明，铝合金7150的热变形的活化能不是恒定值，而是根据变形条件而变化。热变形的活化能 ud随着变形温度的升高而降低， ud随着变形速度的提高而降低。通过修正的本构方程预测了在不同变形条件下的流动应力峰值，并与实验数据相关，具有极好的精度。

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  • 作者

    Shi Cangji;

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  • 年度 2014
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