导读：本文首次在商用 7xxx 铝合金中发现了超低温超塑性。这一发现有助于开发具有增强使用性能的复杂形状产品的超塑性成形新技术。超细晶粒 (UFG) 合金在各种应用中的重要优势源于其增强的超塑性性能。然而，降低超塑性的温度并在较低的温度和较高的应变率下提供超塑性成形仍然是一个挑战。本文首次公开了当 UFG 材料具有特定合金元素的晶界偏析时，晶界滑动和旋转增强的机制。这种方法能够在低于 0.5（即低于 200°C）的超低同源温度下实现商用铝合金的超塑性，这对于开发用于制造具有增强使用性能的复杂形状金属零件的新高效技术非常重要。

材料的超塑性是一个重要的科学研究领域，因为它在流动机制领域提出了重大挑战，并且因为它构成了商业超塑性成形工业的基础，在该工业中，由超塑性金属形成复杂形状和弯曲部件 。

众所周知，必须满足两个基本要求才能实现超塑性流动。首先，超塑性需要非常小的晶粒尺寸，通常小于 10 μm。其次，超塑性是一种以晶界 (GB) 滑动为主要流动机制的扩散控制过程，因此，它需要相对较高的测试温度，通常在 ~0.7–0.8 × T m或更高?，其中T m是材料的绝对熔化温度。与此同时，近二十年来通过严重塑性变形（SPD）加工获得纳米级超细晶粒的金属材料的发展为超塑性领域的新发现铺平了道路。

在本文中，新的 GB 方法首次对 Al-Zn-Mg-Zr 铝合金进行了研究和论证。之所以选择这种广泛使用的具有多合金元素的 Al-Zn-Mg (7xxx) 系列时效硬化合金，是因为它是铝工业的基本材料之一。这些合金通常在常规处理后使用，平均晶粒尺寸为 5-10 μm，它们可以超塑性变形，总伸长率为 300-500%，但只能在约 500°C 的高温下（~ 0.8 × T m )。此处介绍的工作报告了一种由超细晶 Al-Zn-Mg-Zr 合金中的 GB 偏析控制的独特晶界行为，该合金可以超塑性变形，在低于 170°C 的温度范围内达到创纪录的 500% 的总伸长率(0.47 ×? T m )。

图 1. UFG Al-Zn-Mg-Zr 合金的超低温超塑性特征

图 3.样品在 170°C 和 5 × 10 -4 ?s -1应变速率下超塑性变形的微观结构(a) 低倍 STEM-HAADF 图像显示含 Zn 颗粒（亮颗粒）和 Zn-富铝/铝晶界（由绿色箭头表示），（b）高倍率 HAADF 图像显示富锌晶界（形成明亮成像的三重结）。(c-e) 分别为 Al、Mg 和 Zn 的相应 EDS 图。(f) 沿边界的 EDS 线轮廓分析，由 HAADF 图像中的箭头标记，显示了 HPT 处理的 UFG 样品中 Zn 和 Mg 原子偏析到 Al/Al 晶界中。

综上所述，所进行的研究首次证明了 7xxx 系列传统铝合金存在极低温超塑性的可能性。这种效应的起源与通过 SPD 处理形成 UFG 结构有关，其中 Zn 偏析存在于晶界，在较低温度下提供加速扩散和增强滑动。低温超塑性的发现为开发在室温操作条件下表现出高结构强度的复杂形状产品的超塑性成形新技术创造了机会。