Mechanical behavior and strengthening mechanisms in ultrafine grain precipitation-strengthened aluminum alloy

材料科学 合金 冶金 降水 极限抗拉强度 晶界 微观结构 金属间化合物 材料的强化机理 沉淀硬化 挤压 热等静压 晶界强化 粒度 原子探针 氧化物 气象学 物理
作者
Kaka Ma,Haiming Wen,Tao Hu,Troy D. Topping,Dieter Isheim,David N. Seidman,Enrique J. Lavernia,Julie M. Schoenung
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:62: 141-155 被引量:1928
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2013.09.042
摘要

To provide insight into the relationships between precipitation phenomena, grain size and mechanical behavior in a complex precipitation-strengthened alloy system, Al 7075 alloy, a commonly used aluminum alloy, was selected as a model system in the present study. Ultrafine-grained (UFG) bulk materials were fabricated through cryomilling, degassing, hot isostatic pressing and extrusion, followed by a subsequent heat treatment. The mechanical behavior and microstructure of the materials were analyzed and compared directly to the coarse-grained (CG) counterpart. Three-dimensional atom-probe tomography was utilized to investigate the intermetallic precipitates and oxide dispersoids formed in the as-extruded UFG material. UFG 7075 exhibits higher strength than the CG 7075 alloy for each equivalent condition. After a T6 temper, the yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of UFG 7075 achieved 734 and 774 MPa, respectively, which are ∼120 MPa higher than those of the CG equivalent. The strength of as-extruded UFG 7075 (YS: 583 MPa, UTS: 631 MPa) is even higher than that of commercial 7075-T6. More importantly, the strengthening mechanisms in each material were established quantitatively for the first time for this complex precipitation-strengthened system, accounting for grain-boundary, dislocation, solid-solution, precipitation and oxide dispersoid strengthening contributions. Grain-boundary strengthening was the predominant mechanism in as-extruded UFG 7075, contributing a strength increment estimated to be 242 MPa, whereas Orowan precipitation strengthening was predominant in the as-extruded CG 7075 (∼102 MPa) and in the T6-tempered materials, and was estimated to contribute 472 and 414 MPa for CG-T6 and UFG-T6, respectively.
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