具有超塑性的铝合金
AL7075介绍
AL7075铝合金AL7075是一种冷处理锻压合金，强度高，远胜于软钢。
7075是商用最强力合金之一。
普通抗腐蚀性能、良好机械性能及阳极反应。
细小晶粒使得深度钻孔性能更好，工具耐磨性增强，螺纹滚制更与重不同。
属Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝，该合金是20世纪40年代末期就已应用于飞机制造业，至今仍在航空工业上得到广泛应用的超高强度变形铝合金。
其特点是，固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，在150℃以下有高的强度，并且有特别好的低温强度；焊接性能差；有应力腐蚀开裂倾向；需经包铝或其他保护处理使用。
双级时效可提高合金抗应力腐蚀开裂的能力。
在退火和刚淬火状态下的塑性稍低于同样状态的2A12.稍优于7A04，板材的静疲劳.缺口敏感，应力腐蚀性能优于7A04.力学性能AL7075铝板的物理特性及机械性能：抗拉强度524Mpa，0.2%屈服强度455Mpa：伸长率11%，弹性模量E/Gpa：71，硬度150HB，密度：2810。
AL7075铝板的主要用途：航天航空工业、吹塑（瓶）模、超声波塑焊模具、高儿夫球头、鞋模、纸塑模、发泡成型模、脱腊模、范本、夹具、机械设备、模具加工。
AL7075铝板特点：1.高强度可热处理合金。
2.良好机械性能。
3.可使用性好。
4.易于加工，耐磨性好。
5.抗腐蚀性能、抗氧化性好。
抗拉强度及热处理AL7075铝板化学成份：锌是7075中主要合金元素，向含3%-7.5%锌的合金中添加镁，可形成强化效果显著的MgZn2，使该合金的热处理效果远远胜过于铝-锌二元合金。
提高合金中的锌、镁含量，抗拉强度会得到进一步的提高，但其抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。
经受热处理，能到达非常高的强度特性。
AL7075材料一般都加入少量铜、铬等合金，该系当中以A7075-铝合金尤为上品，被誉为铝合金中最优良的产品，强度高、远胜任何软钢。
化学成分化学成分：硅Si：0.40铁Fe：0.50铜Cu：1.2-2.0锰Mn：0.30镁Mg：2.1-2.9铬Cr：0.18-0.28锌Zn：5.1-6.1钛Ti：0.20铝Al：余量其他：单个：0.05合计：0.15。
5083铝合金的类超塑性行为
5083铝合金的类超塑性行为超塑性技术已在工业领域获得了广泛的应用。
相关的研究工作也获得了重大进展。
根据超塑性产生的机理，超塑性可以分成组织超塑性、相变超塑性和应力诱发超塑性三类。
组织超塑性是目前研究和应用最充分的。
组织超塑要求材料具有微细晶粒，为此要进行预处理以使材料获得细粒组织。
而这种预处理往往比较复杂，提高了生产成本并降低了生产效率。
近年来，研究者发现，在具有粗大晶粒的二元AL-Mg合金中可获得超过300%的伸长率。
这种晶粒组织的高伸长率并不是上述超塑性变形的结果，而是溶质原子拖拽或粘性流动控制蠕变的结果。
但是，以上研究所采用的合金为高纯度合金。
本文选用工业铝合金5083，研究其在高温下的形变行为及组织，探讨其实际应用的可能性。
1 试验方法本试验选用AL-Mg系5083合金。
成分为AL-5.40 Mg-0.65Mn-0.18Fe-0.12Si-0.10Zn-0.09Ti0。
05Cu，供货状态为2mm厚冷轧板材。
将板材加工成拉伸试件后，在320℃保温40min进行退火。
在不同速度和应变速率下进行拉伸试验并进行了金相观察。
2 试验结果与讨论从合金在350、400和500℃下、应变速率1。
67X10-4~3。
3X10-1/S范围内形变时的伸长率变化来看，温度和应变速率对合金的伸长率影响不显著。
表1给出了合金在不同的拉伸条件下的性能数据。
由表1可知在温度500~350℃之间，合金在相当宽的应变速率范围内，伸长率在100%~200%之间变化。
即使在1。
67X10-1/s这样高的应变速率下伸长率仍可达到180%以上，这在铝合金中的极为罕见。
金相组织观察发现，合金冷轧软化处理后，晶粒尺寸比较粗大，呈等轴状，平均尺寸为30um左右。
经过高温拉抻后，晶粒尺寸发生显著变化，表2给出合金经过高温拉伸后不同部位的晶粒尺寸测量结果。
由表2可知，在高温下拉伸会使合金晶粒显著细化。
提高应变速率，细化效果增加。
而靠近夹持部分的晶粒尺寸同合金的原始晶粒尺寸相似。
对超塑性成型的认识
对超塑性成型的认识一. 超塑性的简介及发展历史超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件啊（如晶粒尺寸及形状、相变等)和外部(环境)条件下(如温度、应变速率等)，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能(如大的延伸率)的现象。
超塑性的特点有大延伸率，无缩颈（小缩颈），小应力，易成形。
超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。
超塑性是一种奇特的现象。
具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。
金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1982年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。
最初发展的超塑性合金是一种简单的合金，如锡铅、铋锡等。
一根铋锡棒可以拉伸到原长的19.5倍，然而这些材料的强度太低，不能制造机器零件，所以并没有引起人们的重视。
60年代以后，研究者发现许多有实用价值的锌、铝、铜合金中也具有超塑性，于是前苏联、美国和西欧一些国家对超塑性理论和加工发生了兴趣。
特别在航空航天上，面对极难变形的钛合金和高温合金，普通的锻造和轧制等工艺很难成形，而利用超塑性加工却获得了成功。
到了70年代，各种材料的超塑性成型已发展成流行的新工艺。
现在超塑性合金已有一个长长的清单，最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有10～15个牌号，它们的延伸率在200～2000％之间。
如铝锌共晶合金为1000％，铝铜共晶合金为1150％，纯铝高达6000％，碳和不锈钢在150～800％之间，钛合金在450～1000％之间。
实现超塑性的主要条件是一定的变形温度和低的应变速率，这时合金本身还要具有极为细小的等轴晶粒（直径五微米以下），这种超塑性称为超细晶粒超塑性。
还有一些钢，在一定的温度下组织中的相发生转变，在相变点附近加工也能完成超塑性，称为相变超塑性。
超塑加工具有很大的实用价值，只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作。
超塑合金专题知识讲座
四、实用超塑性合金
1、锌合金：超塑性锌合金具有成型加工温度低，成型 性和耐腐蚀性好等优点。 如 Zn-22Al 旳成 型温度为 250 270℃，压力为 0.39-1.37 MPa。
Zn-22Al合金旳超塑性拉伸试样
2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强 度可达686 MPa，使用温度可达150℃。如Al-6Cu0.42Zr、Al-5Ca-5Zn等超塑性温度为300-600℃，在 3×10-2/秒旳应变速率下可达408%变形率。
超 塑 性 成 形 实 例
轮胎架
装饰用人工石面
⑵无模拉拔 将受拉旳线材一部分置于加热用旳感应线圈中，在
超塑性温度下，一边移动感应线圈加热，一边拉拔， 被拉长旳部分随即喷气冷却，这么将感应线圈从线材 旳一端移动到另一端，就完毕了全部旳拉拔过程。依 托调整拉拔速度和线圈移动速度，就能够取得多种截 面尺寸。 这项加工技术不但设备简朴，而且能够加工 成形出用常规塑性加工技术难以成形旳零件。
Al-33Cu-7Mg 0.72
Al-Zn-Ca
100 1550
>1000 >600 267
变形温度 （℃）
200~300
200～360
440～520 450 675
350～400 20
20～30 100
390～500
500
530 550
420～480
500
合金成份(Wt%)
Cu-40Zn Fe-C合金（钢铁）
二、超塑性及超塑性旳特点
超塑性 所谓超塑性是指合金在一定条件下（涉及温度、加热
条件、变形速度、合金组织等）所体现旳具有极大伸长率 和很小变形抗力旳现象。从本质上讲，超塑性是高温蠕变 旳一种，因而发生超塑性需要一定旳温度条件，称超塑性 温度Ts。
铝钪合金突出的性能表现
铝钪合金突出的性能表现一、铝钪合金的超塑特性：Al-Mg-Sc合金的超塑性，其超塑特性不需要预处理工艺，容易实现工业生产和应用。
因此，用此种材料成型一些特殊部件应用于航空航天工业，有很好的应用前景。
在相同条件下，可以看出，微量Sc 和Zr添加到Al-Mg合金中能够显著提高超塑变形能力，Al-Mg-0.5Sc 合金在399℃、应变速率为0.01%的条件下，延伸率从194%提高到1020%，增加了5倍。
（如下图表）二、铝钪合金的耐蚀特性：剥落腐蚀是变形铝合金的一种特殊腐蚀变形。
腐蚀沿着板材轧制方向由表面开始，并沿着平行与表面的晶界扩展，当腐蚀穿过整个扁平晶粒结构，腐蚀产物使表层未腐蚀的金属锲开鼓起，致使其从基体金属剥落，产生连续或者不连续的鼓泡、碎末、裂开。
合金经热轧-冷轧成板材，之后在340℃/1h稳定化退火，未添加钪的Al-6Mg-Zr合金经过6h剥蚀敏感性腐蚀实验后，试样的表面出现零星分散的微小点蚀坑，12h后点蚀坑数目有所增多，此时金属表面已经发灰；随着腐蚀周期的延长，点蚀数目逐渐增加，孔径有所增大。
到48h后，个别蚀孔附近已开始起泡、鼓突。
而添加钪的Al-6Mg-Zr-Sc 合金，在48h腐蚀试验周期内表面都没有点蚀发生，只有金属色泽有所变暗。
添加了钪的合金中形成了Al3（Sc，Zr）第二相，它能细化晶粒，阻止亚晶结构和位错的运动，有效地抑制β相在晶界处的析出和聚集，β相析出量也就相对较少，在整个合金基体中呈不连续分布，且更离散，更细小。
从而使Mg含量很高的Al-6Mg-Zr合金仍然保持均匀的组织，减少了结构缺陷，使氧化膜较难破裂并且容易得到修复，因而增强了铝合金的耐腐蚀性能。
铝钪合金抗应力腐蚀特性。
原始基础合金材料抗应力腐蚀寿命（SCL）只有1天，加入过渡元素Mn和Zr后，SCL平均延长到17天，而加入Sc或者Sc和Mn一起添加的合金，五个试样均超过了90天未断。
三、铝钪合金的焊接特性对于Al-Mg-Li-Sc系合金，通常采用含Sc量与基材相当或略高于基材的铝合金焊丝来焊接，这样基材和焊丝之间相容性好，焊缝的强度高、抗裂性也好。
工业供应态LY12铝合金的超塑性
关键 词 超 塑性 ， 铝合金
Ｓ ｐ ｒ ｌ ｓｉ ｉ ｆ ａ Ｃｏ ｕ ｅ ｐ ａ ｔ ｔ ｏ ｍｍｅ ｃ ａ Ｙ ｕ ｎ ｍ ｌｙ ｃ ｙ ｒ ｉ ｌＬ １ Ａｌ ｍｉ ｕ Ａｌ ２ ｏ
Ｘ ｉｊｇ ｕＸΒιβλιοθήκη ａ ｉ ｏｎＷａｇＷｅ ｎ ｉ
（ Ｊ ｎｓ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴｃｎｌ ｙ Ｚ ｅｊ ｇ ２２ １ ） ｉ ｇｕＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈｏ ｇ ｈｎ ａ １０３ ａ ｖ ｓｙ ｅ ｏ ｉ ｎ
超塑性 具 有大延 伸 、 小应力 等显 著特 点 ， 对于 复
杂工 件尤其 是 大 型复 杂 工 件 的制 造 具 有 重 要 价值 。 目前 国 内外 在研 究 铝 合 金 超 塑性 的工 作 中， 获 得 为 组织 超 塑性 ， 要经 过繁 杂 的预处 理过程 ， 都 因而在 实
０ ０ ７ ｎ ．３Ｔ 。超 塑性 拉 伸 试 样 沿 着 棒 材 长 度 ．６ Ｚ 一０ ０ ９ ｉ
收 稿 Ｅ期 ：０２一Ｏ —１ ｌ ２０ １ ６ ＊国家 自然 科 学 资 金 资 助 项 目 ５ ３ ８ ９６ １ ０ ０
超塑性
超塑性成型（super plastic forming）
金属或两种以上金属组成的合金，通常是坚硬的，有大 的强度，做成各种构件很坚固，不容易破坏，这当然是一种 优点；但是，强度越大的材料，要做成某种形状，成形也就 越困难，这时强度大变成了缺点，给加工成形造成困难。 那么，有没有既柔软又坚硬的材料呢? 长期以来，人们幻想着有一种材料，加工成形时，像 麦芽糖似的，用一点力就能把它拉长，柔软可塑，而加工 成形后，又像钢铁一样坚硬牢固。 今天“幻想’已经成为现实，人们在实验中发现了超塑 性合金材料，大体上是这样一种理想的材料。
2、还有一种超塑性行为，产生在具有微细晶粒的有色金属和合金中。 即合金本身还要具有极为细小的等轴晶粒（直径5微米以下）。这种超塑 性成为超细晶粒超塑性。
超塑性合金其晶粒直径一般在0.2~5μm，尽管变形量很大，但晶粒形 状不变，仍为细小的等轴晶粒，试样形状的改变只是晶粒位置发生了变化， 变形发生在晶粒的界面上，在应力作用下通过短程扩散的晶界滑动而变换 了晶粒的排列。晶界滑动是微晶超塑性重要的变形机制。
1928年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下
变得像软糖一样柔软，而且其应变速度为每秒１０毫米时产生３００％ 以上的延伸率，均属超塑性现象。１９４５年苏联包奇瓦尔等针对这一 现象提出了“超塑性”这一术语，并在许许多多有色金属共晶体及共析 体合金中，发现了不少的延展性特别显著的特异现象。
近年来，已在实验中找到了解决的办法，就是走超塑性的路。已经 研制成功超塑性钦合金，一种称为钛-铝-钒的合金，最大延伸率可达 2000%。而过去一般塑性加工最大延伸率只有30%。 超塑性钦合金在680一790℃温度范围内加热，成形压力为140一 2.10兆帕，加工时间只要8分钟，可以看出，加工压力低，成形时间短是 其特点。
铝合金的超塑性研究
5083是Al-Mg系防锈铝中的典型合金。5083铝合金具有较高的强度，良好的塑性、 抗腐蚀性及加工性等优点，是广泛应用于超塑成形的铝合金之一，已成为轨道交通工业 超塑成形的热门材料。对5083铝合金的超塑性研究发现，细晶是获得优异超塑性的必需 条件。 热机处理 （TMP） 和等通道转角挤压 （ECAP） 是获得细晶结构的典型途径。 AA5083 的超塑性不仅依赖于合金的晶粒尺寸，而且与晶粒的稳定性密切相关。通过添加 Cr ， Mn，Zr和 Sc等元素可起到稳定晶粒尺寸的作用。 R. Kaibyshev等对添加0.2% Zr和1.6%Mn改良后的 AA5083研究发现，该合金在超塑 成形时晶粒的稳定性有明显提高，并且的最大延伸率达到了1150%。随着超细晶材料制 备技术的发展，AA5083低温高应变速率超塑性的研究也取得了一定的进展。Kyung-Tae Park等通过等通道转角挤压 （ECAP） 技术制备了晶粒尺寸为0.3μm的超细晶5083铝合金， 并添加微量的 Sc元素改良该合金，使该合金实现了高应变速率超塑性，并指出高应变速 率超塑性的现象是动态再结晶和晶粒大小在成形中得到良好保持共同作用的结果。 据报 道，工业用粗晶 AA5083延伸率可达到240%，细晶5083的延伸率可超过 500%。经过特殊 处理的含有Zr、 Mn元素的 AA5083，其延伸率甚至可高达1000%。
铝合金的超塑性研究
一、超塑性概述
塑性是金属的重要属性之一，它指的是金属在外力作用下，无损而永久地改变形状 的能力。金属材料的塑性是随着本身组织状态和变形条件的变化而变化的，在特定的组 织结构和变形条件下，金属和合金可以呈现出异乎寻常的大变形能力，延伸率可达到百 分之几百甚至百分之一千或几千以上，这种现象被称为超塑性。自上世纪20年代发现超 塑性现象的半个多世纪以来，科学研究者们在材料的超塑性机理、冶金学、力学特性等 方面开展了广泛的研究，已经发现了超过200种超塑性金属及合金。有些合金，特别是 铝合金，在通常的供应状态就具有一定的超塑性。 关于超塑性的定义目前尚未有一个严格确切的描述， 通常认为超塑性是指材料在拉 伸条件下， 表现出异常高的延伸率而不发生缩颈与断裂的现象， 当延伸率超过 100%时， 即可称为超塑性。也有人用应变速率敏感性指数 m值来定义超塑性：当材料的 m值大于 0.3时，材料即表现出超塑性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
具有超塑性的铝合金摘要:本文通过查阅文献,介绍了铝合金的超塑性,解释了超塑性等基本概念，阐述了该合金的制备方法、工艺，同时结合文献中的数据，讨论了超塑性的产生机理。
1.概述金属或合金在特定组织形貌、形变温度、形变速度时，可以呈现异常高的塑性，延伸率可达百分之几百，甚至达百分之一千或几千以上，这种现象称为超塑性[1]。
Chokshi等[2]将其解释为：超塑性是多晶材料在断裂前各向同性地显示高拉伸延伸率的能力。
Song Y Q等[3]将超塑性变形过程描述为：就微观而言，其变形物理过程是以晶粒旋转、晶界滑移、晶界位移为主，同时伴有位错滑移、动态回复和动态再结晶等协调作用的复杂过程；就宏观力学行为而言，在载荷失稳时不伴随缩颈产生，在缩颈出现后并不导致断裂，而是能重新建立起很长的准稳定变形过程；就材料参数而言，m(应变速率敏感性指数)值和n(应变硬化指数)值越大，n值与τ(应力松弛指数)值越接近，其超塑性越好。
具有超塑性的合金包括锌、铝、铜合金等等。
同时，某些金属间化合物、陶瓷以及某些高强度硬脆材料也具有超塑性。
应变速率敏感指数(strain rate sensitivity exponent) 指塑性变形时材料的流变应力对于应变速率的敏感性参数，亦即当应变速率增大时材料强化倾向的参数，其表达式为：m=dlgσ/dlgε式中σ为材料的流变应力；ε为应变速率。
m值是表达金属的超塑性特性的极其重要的指标。
对于普通金属材料，m=0.02～0.2；而对于许多超塑性金属材料，m=0.3～0.9。
一般地，m值越大说明材料的超塑性越好。
关于超塑性的产生机理尚不能确定，较为公认的有以下三种理论：（1）微细晶粒伴随动态再结晶机制。
此种机制认为超塑性材料在高应变速率超塑性加工时，会发生动态再结晶，从而形成微细晶粒促进高应变速率超塑性变形。
如Al-Mg 系合金在Mg 元素改变其基体的滑移体系的前提下，超塑变形时发生动态再结晶形成细小的亚晶粒，之后，亚晶粒进一步长大由小角度向大角度转化形成微细的晶粒，促进了超塑变形进行[4]。
（2）液相调节晶界滑移机制。
普遍认为晶界滑移（GBS）是超塑变形的主要机制，并且应变速率敏感系数m值越高，意味着晶界滑移对总变形的贡献也越大. 在材料超塑性流变的晶界滑动过程中，常常在增强物周围产生应力集中，在没有微量液相的固态界面上的应力集中很可能不能被调节机制（扩散流）充分释放，导致在界面上形成过多空洞和小的延伸率；而在一个含有适量液相的液/ 固态中，适量的液相和扩散流一起充分释放应力集中的同时又不过多地形成空洞，从而提高了应变速率与延伸率；但是，当液相过多时，由于晶界、界面间失去了结合力，晶粒间便会形成空洞从而降低延伸率。
（3）包含以上两种的机制。
此种机制是一种折中的结果，其理论认为以上两种机制其实不能独立成立. 在高应变速率超塑变形时，动态再结晶现象与适量的液相同时存在，两者相辅相成共同促进了超塑变形的进行［5］。
在高的退火温度（大于0.5T固相线）和低应变速率（通常是10-5-10-3s-1）的情况下，材料的晶粒尺寸小于10μm，就会产生精细结构的超塑性[6-7]。
要使铝合金产生塑性变形和再结晶，最常用的方法是使合金的晶粒细化。
在这种情况下，由于（1）质点会促进形核[8-9]；（2）当加热到超塑性变形温度和SPD工艺处理时，晶界迁移处会有钉扎作用，多相合金会形成细晶结构[10-12]。
细晶结构形成的原因是合金中同时存在粗大的和细小的微粒。
在室温下，大多数超塑性铝合金不具备高的力学性能。
高强度铝合金，例如AA 7475(或AA7075)，具有高的强度-密度比和优异的力学性能，广泛应用于航空航天领域[13]。
这种合金在超塑性成形的应用是很有前景的，但是通过传统的高温锻造，合金的产量是十分有限的。
而且合金A7475超塑性时的应变率很低（小于1*10-3s-1）[14]。
由于PSN工艺,通过Rockwell技术处理[6]可以使该合金的晶粒尺寸达到10μm，在500℃时给合金加以非常低的应变速率（2*10-4s-1），合金的伸长率可以达到1000%。
较低的应变速率限制了超塑性的商业应用，其主要是用于航天工业和建筑设计。
高应变速率的超塑性，典型的是在10-2s-1以内，用于制造大型工件，可用于汽车行业和消费品行业。
每一个部件的形成时间可能会从20min减少到60s甚至低于60s，例如塑料的快速成形、剧烈塑变、粉体技术和其他工艺可用于细化高强度铝基合金晶粒结构、增强它的超塑性。
然而，这些工艺生产超塑性板材时，成本相对较高，生产时间长。
在上述所举的例子中，传统的操作工艺中利用热加工和滚扎，可用于生产高强度超塑性合金的板材。
当温度达到超塑变变形温度时，添加锆可以在晶界处产生钉扎作用[8]，此类型的合金例如合金SUPRAL Al-Cu-Zr[15]，此类型合金的板材由热滚扎、热处理生产时，组织中会有细丝状ZrAl3连贯相。
在热轧时温度会导致纤维状ZrAl3明显地恢复原状，而且不会发生间断的再结晶。
超塑性变形开始前，合金中存在带状亚晶结构。
当进行超塑性变形时，亚晶粒和最终生成的微细晶体之间的取向差被高角度晶界隔开[16]。
Mikhaylovskaya等人[17]研究合金材料通过锆元素的生成细微颗粒钉扎在晶界处，并且镍合金形成粗质的共晶体，这种颗粒促进了非均匀形核。
Al3Ni微粒的存在不会减少析出硬化效应与T’相（AlMgZnCu）沉积的关系，并且会使T’相均匀分布，同时会减少应力腐蚀开裂的问题。
2.实验部分目前，在此领域国内外实现高应变速率超塑性的方法有多种，总结起来具有高应变速率超塑性的铝合金可以分为四类：(1)快速凝固粉末冶金铝合金；(2)纤维增强铝基复合材料或弥散颗粒增强铝基复合材料；(3)机械合金化铝合金；(4)用铸造方法获得的铝合金[18]。
Mikhaylovskaya采用铸造法制备铝合金，实验中用到纯度为99%的铝、95%的镁、99.96%的锌以及铝镍（Ni-10%）、铝锆（锆-3.5%）、铝铜（铜-53%）合金为原料。
浇铸温度为810℃（根据热力学计算，合金的液相线温度在790-799℃之间。
为了防止浇铸前基本相Al3Zr出现晶粒粗化的现象，浇铸温度高于液相线10-20℃，不能过高）。
铸造的合金尺寸都是100*40*20mm3，放入水冷铜模具中，降温速率可达15K/s。
通过将合金装入石墨坩埚并放入S3型箱式电阻率中，实现融化。
所有的铸体都经过450℃、3h和500℃、3h的调质处理，用直径为230mm的轧板机进行热轧（80%）和冷轧（60%）。
热轧的温度为420±10℃。
最终的板材厚度为1mm。
基合金的化学成分是：Al–(3.5–4.5)Zn–(3.5–4.5)Mg–(0.6–1.0)Cu–(2.0–3.0)Ni–(0.25–0.30)Zr (wt.%)[41]。
实验中用到了四种合金，如表1所示。
合金0、1、2、3号的镍含量各不相同。
利用“Setaram Labsys DSC 1600”型热量计进行差示扫描量热（DSC），在20-700℃可以实现5℃/min的加热速率。
利用卡尔蔡司光学显微镜（LM）的白色光或偏振光来观察合金的微观结构。
采用扫描电镜和X射线能谱仪表征合金微观结构和化学成分。
用AZTEC软件进行EBSD分析，EBSD采用20kv电压—步长为0.4μm/step的HKL Nordlys Max型探测器。
样品在显微观察期经过机械研磨和抛光：抛光是在氯-乙醇电解液（电压为15-20v）、1%氢氟酸水溶液或者是阳极10%（HF在H3BO4）水溶液中进行的，用来控制晶粒结构。
样品的截面平行于轧制平面。
实验采用超过200次随机切割法，由此测定平均晶粒尺寸和粒径大小。
试样在EBSD分析前应经过机械研磨和在A2电解液、15-20v电压下抛光。
扫描的尺寸为80*80mm2,扫描间距为0.4μm试样在表征前做了机械研磨及抛光处理:抛光是在15-20V氯气-乙醇电解液中和1%HF 酸水溶液中或者是在10%的HF在硼酸水溶液中进行阳极氧化,用来控制晶粒结构。
样品加工成平行于轧制平面的薄片状。
超过200次的随机割线法用来测定样品的平均晶粒尺寸和晶粒度。
将样品放机械研磨、在15-20V A2电解液抛光：用来做EBSD分析，扫描间距为0.4μm，扫描尺寸为80*80mm2。
在高温下（300-480℃），用拉伸试验来测试合金的超塑性。
裁剪后的样品平行于轧制方向，横截面积为F0=6*1mm2，长度L0=14mm（L0=5.65√F0）。
试样经预处理：恒定的应变速率（2*10-3s-1）造成50%的变形，以形成重结晶结构。
再通过逐步增加形变量来测定其超塑性指标。
恒应变率的准确性并不小于±3%。
应力以1.5倍速率增加，根据计算的应力-应变曲线斜率取对数，来计算应变速率敏感性指数m。
对应最大的m的应变速率是最优的选择。
采用1*10-3-1*10-1s-1的恒定拉应力来进行实验。
用阿伦尼乌斯方程表示不同温度、屈服应力σ、不同应变速率ξ下，平均活化能Q和应变速率敏感性指数m的关系，方程如下：ξ=Aσ1/m e-Q/RT式中A-材料常数，R-气体常数，T-温度。
超塑性变形的活化能与指数m的定义和计算关系式如下所示：In(ξ)=A+(1/m)In(σ)+Q(1/RT)室温下，用Zwick Z250型仪器来进行单向拉伸测试来测量试样的力学性能。
在热处理（淬火、时效）后，样品尺寸为70*10*1mm3。
3.结果与讨论铸件中存在铝的固溶体、共晶体Al3Ni以及Zn、Mg的非平衡相，如图1a所示。
均化（450℃）的第一步，将温度控制在Al3Zr非平衡的固相线温度之下，去溶解非平衡相。
第二步（500℃），将温度设定在高于非平衡固相线、低于稳定的固相线温度，使Al3Ni相分散。
通过两次均匀化退火，非平衡相就会溶解，而Al3Ni成粒状分散，如图1b所示。
经热轧和冷轧后，铝固溶体基体上出现大小为1.6±0.2μm、均为分布的粒状Al3Ni相（图1c）。
用EDS能谱分析铝固溶体的化学成分，结果为：锌(3.92 - 4.15%)、镁(3.81 - -4.05%)、锆(0.26 - -0.28%)、铜(0.72 -0.79%)，同时检测到存在Al3Zr粒子。
添加锆可以形成连接相的Al3Zr弥散相，增加铝合金重结晶的阻力。
经20min、300-480℃（0.97T熔）的退火处理，出现偏析重结晶的晶粒，如图1d所示。
如表1所示，随着Ni含量的增加，粒状相含量增加，而晶粒尺寸减少。
实验中改变合金的应变速率，来测量屈服强度，合金的应力-应变函数如图2a所示，呈S形，这就说明合金具有超塑性。