【摘 要】
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轻质高强Al-Zn-Mg-Cu合金是航空航天领域常用的结构材料,其中7050合金是目前该领域应用最广的铝合金。为了进一步提升合金的强度,同时确保其具有良好的塑韧性和耐蚀性,在7050合金成分的基础上增加Zn含量、降低Mg和Cu含量,发展了Al-7.7Zn-1.8Mg-2.0Cu合金,该合金有望成为航空航天领域新一代的高强铝合金。由于材料仍处于研究试制阶段,如何通过固溶和时效热处理工艺优化其综合性能
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轻质高强Al-Zn-Mg-Cu合金是航空航天领域常用的结构材料,其中7050合金是目前该领域应用最广的铝合金。为了进一步提升合金的强度,同时确保其具有良好的塑韧性和耐蚀性,在7050合金成分的基础上增加Zn含量、降低Mg和Cu含量,发展了Al-7.7Zn-1.8Mg-2.0Cu合金,该合金有望成为航空航天领域新一代的高强铝合金。由于材料仍处于研究试制阶段,如何通过固溶和时效热处理工艺优化其综合性能仍有待深入研究。因此,本文以热轧态Al-7.7Zn-1.8Mg-2.0Cu合金板材为研究对象,通过OM、SEM和TEM等微观组织表征方法,并结合硬度、室温拉伸、电导率和晶间腐蚀性能测试等分析手段,系统研究了不同固溶和时效热处理工艺对该合金组织和性能的影响,探讨了合金的时效析出行为及强化机制,为该合金的工业化生产和应用提供实验和理论支撑,论文获得的主要结论如下:（1）合金经单级固溶处理后,第二相体积分数减小,仅残留少部分难溶的Al7Cu2Fe相,在470℃/1 h时获得较好的固溶效果。合金经过正交实验优化的双级固溶工艺440℃/120 min+480℃/15 min处理后,残留第二相体积分数仅为0.4%,合金溶质原子的固溶程度进一步提高,有利于合金在后续时效处理中提升时效强化效果;（2）在单级时效过程中,时效温度越高,时效硬化响应速度越快,120℃/24 h时合金达到峰值强度,晶内的析出相主要为与基体共格的GP区和半共格的η’相。合金较高的Zn/Mg比促进了η’相的析出,细化了析出相尺寸,增加了析出相体积分数,提高了合金时效强化的响应速度。Zr元素在晶粒中形成25 nm左右球形的Al3Zr相,对位错和晶粒有着钉扎作用,有助于提高合金强度。通过双级时效正交实验发现,终时效温度对合金各方面性能的影响最为显著,计算得到最优的双级时效制度为120℃/3 h+150℃/8 h,此时,合金晶内主要的析出相仍为η’相。随着终时效时间继续延长,当η’相转变为与基体不共格的η相时,合金的强度降低;（3）合金单级峰值时效处理后晶间腐蚀敏感性较高,最大晶间腐蚀深度达到78.6μm,晶界析出相多呈连续分布状态,没有观察到明显的无析出沉淀带（PFZ）;而双级时效处理后合金的腐蚀性能明显提高,120℃/3 h+150℃/8 h的双级时效处理后,合金的最大晶间腐蚀深度为52.1μm,降低了34%,晶界析出相间距增大且呈断续分布,观察到20 nm宽的PFZ,阻断了晶间腐蚀通道,提高合金抗腐蚀能力;（4）合金经过440℃/120 min+480℃/15 min的双级固溶120℃/3 h+150℃/8 h的双级时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为634.4 MPa、569.6MPa、12.6%,电导率为36.4%IACS,最大晶间腐蚀深度较浅,表现出良好的力学性能和抗晶间腐蚀能力。
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