通力合作，攜手向前丨訪中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院深冷成型與極端服役性能材料團(tuán)隊(duì)
發(fā)布時(shí)間:2025-05-26 閱讀次數(shù)：188次
導(dǎo)讀
中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院深冷成型與極端服役性能材料團(tuán)隊(duì)，作為科研領(lǐng)域的佼佼者，一直致力于材料科學(xué)的前沿探索。島津非常榮幸能與該團(tuán)隊(duì)緊密合作，共同推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與突破。通過雙方的努力，我們已取得了豐富的成果。島津提供的高精度、高性能儀器為團(tuán)隊(duì)的研究提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持，助力其在深冷成型及極端服役條件下的材料性能研究上取得了重要進(jìn)展。
中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院
喻海良教授，中南大學(xué)輕合金研究院/機(jī)電工程學(xué)院/高性能復(fù)雜制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師，2009年獲得東北大學(xué)材料加工工程博士學(xué)位，后又獲得中南大學(xué)升華特聘教授、國(guó)家特聘教授、湖湘高層次人才聚集工程-創(chuàng)新人才、中國(guó)科協(xié)海智計(jì)劃特聘專家、校/省/國(guó)家級(jí)人才項(xiàng)目支持等頭銜與榮譽(yù)。喻老師及其團(tuán)隊(duì)一直從事金屬壓力加工領(lǐng)域的研究，近年來專注于超低溫塑性加工與高性能有色金屬材料的制備和研究，深耕多年成果豐碩，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文230篇，在多部國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)專著上發(fā)表著述。獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利60項(xiàng)；獲得國(guó)內(nèi)外有色金屬行業(yè)10余項(xiàng)技術(shù)與創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)。并擔(dān)任中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)材料科學(xué)與工程學(xué)術(shù)委員會(huì)等國(guó)內(nèi)外多個(gè)材料期刊的專家與理事等職務(wù)，在金屬加工相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域有很高的知名度。
前沿學(xué)科，前景廣闊
相對(duì)于傳統(tǒng)熱軋、溫軋、冷軋，深冷軋制是一項(xiàng)變革性技術(shù)，它利用某些金屬材料在深冷情況下具有優(yōu)異的塑性變形能力以及深冷環(huán)境阻礙塑性變形過程中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和再結(jié)晶行為，促使材料晶粒細(xì)化，材料具有更高的強(qiáng)度與韌性。近年來深冷軋制制備高性能金屬材料的研究不斷取得進(jìn)展，深冷軋制工藝在鋁合金、銅合金、鈦合金、復(fù)合層狀金屬帶材中都得到應(yīng)用。
常溫下復(fù)雜構(gòu)件成形過程中應(yīng)變硬化能力有限，容易在加工過程中復(fù)雜曲面位置容易破裂，從而導(dǎo)致加工失??；高溫處理雖然能讓金屬塑性顯著增加，但容易硬化變?nèi)跎踔淋浕?，更易集中變形，不僅不能解決起皺的問題，產(chǎn)生破裂，并且還易造成組織性能損失，需要通過成形后再次熱處理來提高構(gòu)件強(qiáng)度，然而成形后再淬火會(huì)導(dǎo)致大尺寸薄壁件受殘余應(yīng)力影響，嚴(yán)重變形且難以校形。一語(yǔ)概之，微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性能，這些問題都需要從原子和微觀層面的定量研究中給出答案。金屬材料微觀變形機(jī)制有位錯(cuò)滑移、晶界滑動(dòng)和孿生等。變形機(jī)制不同，微觀結(jié)構(gòu)演變也就不同，從而表現(xiàn)出不同的宏觀性能。
開拓進(jìn)取，直面挑戰(zhàn)
喻教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上領(lǐng)先發(fā)現(xiàn)深冷環(huán)境條件下部分合金強(qiáng)塑性雙增效應(yīng)，該效應(yīng)非常利于航空航天和汽車領(lǐng)域復(fù)雜構(gòu)件的成形。深冷成形加工的核心是利用硬化擴(kuò)展變形，避免變形局域化。因此深冷環(huán)境下合金的雙增效應(yīng)是一個(gè)非常值得探究的科學(xué)問題。
近期，喻教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)》上的重點(diǎn)推薦文章《7075鋁合金深冷軋制及時(shí)效處理微觀組織和性能》中闡述了采用深冷軋制與時(shí)效處理成功制備了高強(qiáng)度、高延展性且無(wú)裂紋的7075鋁合金板材，在強(qiáng)度略高于室溫軋制+峰值時(shí)效的同時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率與之相比提升了57.4%。揭示了深冷軋制的 7075 鋁合金板材無(wú)裂紋、成形性能提高的機(jī)理，即深冷環(huán)境下7075 鋁合金延展性的改善、深冷軋制對(duì)剪切帶形成的抑制以及深冷軋制對(duì) MgZn2 強(qiáng)化相過早形成的避免這三種因素的共同作用。驗(yàn)證了采用深冷軋制+時(shí)效處理制備優(yōu)異綜合力學(xué)性能并避免熱處理強(qiáng)化合金出現(xiàn)邊緣裂紋的可行性，為熱處理強(qiáng)化合金的制備提供了一種新穎可行的技術(shù)方案。
圖1. 深冷軋制和室溫軋制制備7075鋁合金板材的流程圖
如以上流程圖所示，進(jìn)行多道次軋制，單道次軋制壓下率為8%，分別在20%、40%、60%和80%四個(gè)壓下率留樣。對(duì)于深冷軋制，第一道次前將固溶板材浸泡在盛有液氮(-196℃)的深冷容器中30 min，后續(xù)每道次開始前浸泡10 min。
深耕學(xué)術(shù)，成果豐碩
圖2. 金屬深冷軋制樣品
圖3. 不同壓下率樣品的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和加工硬化率曲線：
(a) 20%壓下率，(b) 40%壓下率，(c) 60%壓下率，(d) 80%壓下率）
上圖顯示了深冷軋制和室溫軋制樣品強(qiáng)度較固溶樣品得到顯著提升，強(qiáng)化效果隨壓下率增加而提高，其中80%壓下率的深冷軋制樣品屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較固溶樣品分別提高了155%和44%。相同壓下率的深冷軋制樣品塑性明顯優(yōu)于室溫軋制樣品。（使用島津AGS-X電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)獲取）
圖4. 島津AGS-X電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
表1. 7075鋁合金板材的力學(xué)性能
圖5. 20%、40%、60%和80%壓下率軋制樣品的XRD衍射圖圖6.島津XRD-7000S衍射儀
深冷軋制+峰值時(shí)效樣品斷裂伸長(zhǎng)率較室溫軋制+峰值時(shí)效樣品分別提高了8.7%、18.5%、45.5%和57.4%，提升效果隨壓下率增加而大幅增強(qiáng)。深冷軋制+峰值時(shí)效樣品優(yōu)異的塑性，主要是時(shí)效引起的位錯(cuò)湮滅、深冷軋制時(shí)更均勻的變形和深冷軋制+峰值時(shí)效樣品中大量細(xì)小析出相的共同作用（使用島津XRD射線衍射儀獲取）。
攜手共進(jìn)，展望未來
島津作為世界知名的儀器制造商，與中南大學(xué)以及喻教授團(tuán)隊(duì)通力合作。配備了多臺(tái)島津試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品 —AGS-X 10KN 電子試驗(yàn)機(jī)用于高低溫金屬力學(xué)測(cè)試；TRView非接觸式視頻引伸計(jì)測(cè)定拉伸應(yīng)變，XRD射線衍射儀用于金屬和合金材料的晶體結(jié)構(gòu)。島津分析設(shè)備除了檢測(cè)試驗(yàn)，也用于重點(diǎn)科研項(xiàng)目的研究與學(xué)生的培養(yǎng)，同時(shí)也承接喻教授團(tuán)隊(duì)的研究任務(wù)。島津儀器穩(wěn)定可靠的性能，為科研項(xiàng)目研究的開展提供有力的支持。談到未來暢想時(shí)，喻海良教授表示：研究團(tuán)隊(duì)目前對(duì)航空航天裝備迫切需求的高強(qiáng)鋁合金整體結(jié)構(gòu)的制備研究逐漸向更深領(lǐng)域推進(jìn)，對(duì)不同金屬在深冷環(huán)境下的力學(xué)性能、微觀組織演變和變形機(jī)理研究也取得了可喜 進(jìn)展，將來會(huì)繼續(xù)深入研究航空航天和汽車領(lǐng)域的復(fù)雜構(gòu)件的深冷成形工藝開發(fā)。在這個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，期望能和島津在后續(xù)的分析應(yīng)用過程中加強(qiáng)合作，緊跟世界研 究前沿，通力合作攜手未來。衷心感謝深冷成形與極端服役性能材料團(tuán)隊(duì)的杰出工作和無(wú)私分享，我們希望繼續(xù)為客戶提供先進(jìn)的儀器、精湛的技術(shù)與完善的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)合作共贏，創(chuàng)造美好未來！
喻海良教授團(tuán)隊(duì)2024年發(fā)表的部分論文（影響因子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，影響因子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，影響因子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，影響因子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，影響因子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，影響因子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，影響因子5.8.
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