应力状态对AA2195铝合金热变形流变应力及晶粒细化机制的影响研究

（编辑推荐）本研究通过平面应变压缩(PSC)、单轴压缩(UC)和扭转(TR)实验，系统揭示了应力状态对AA2195铝合金热变形行为的影响机制。研究发现：压缩主导应力状态(PSC/UC)在350°C发生晶粒细化机制从晶粒破碎(GF)到亚晶旋转(GR)的转变，而剪切主导状态(TR)在300°C即可激活双机制；流变应力特性受加工硬化(WH)、动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)竞争调控，其中DRV软化效应在PSC中最显著，DRX软化在TR中最突出。

　　

Highlight

应力状态对AA2195热变形过程中流变应力和晶粒细化机制的影响

Experimental Procedures

实验材料为退火态AA2195铝合金板材（厚度13mm），化学成分见表1。所有热机械测试均在Gleeble-3500试验机完成。图1(a)展示了PSC、UC和TR试样的取样方向，其中RD、TD和ND分别代表原始板材的轧向、横向和法向。

Flow stress

图3显示AA2195在PSC、UC和TR测试中的等效应力-应变曲线。流变应力随温度降低或应变速率升高而增加。PSC曲线呈现三阶段特征：初始硬化阶段→软化阶段→稳态阶段；而UC和TR曲线主要表现为硬化→稳态两阶段。峰值应力排序为PSC>UC>TR。

Quantification of Grain Refinement Mechanisms

温度与应变率的综合效应可用Zener-Hollomon参数Z描述：

Z = ε? exp(Q/RT)

其中Q为激活能，通过Arrhenius本构模型计算获得（表3）。PSC的Q值最低，UC次之，TR最高。

Conclusions

1. 1.

   AA2195热变形通过晶粒破碎(GF)和亚晶旋转(GR)双机制实现晶粒细化，当Z参数降低（温度升高/应变速率降低）时主导机制从GF转变为GR；

2. 2.

   剪切主导状态(TR)下，小角度晶界优先沿初始晶粒短轴形成，促进亚晶旋转(GR)机制激活；

3. 3.

   流变应力特性受WH、DRV和DRX竞争调控，PSC中DRV软化最显著，TR中DRX软化占主导。