超强铝合金是永恒的重大研究课题,7000系铝合金由于其自身优异的性能被广泛应用于航空航天等领域,但由于需要的锻件尺寸与厚度比较大,在热处理过程中表面与心部冷却的速率不一致,使得合金表面与心部强度存在差异,因此,合金不仅需要高的强度,而且还需要良好的淬透性。本文在研究大量Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的成分与热处理工艺以及以往熔铸经验的基础上,调控合金中各个元素含量以及后续的热处理工艺设计出5种高强度、低淬火敏感性铝合金。通过对合金进行组织与性能的测试,研究了Zn/Mg、Cu/Mg比对超高强轧制材铝合金组织与性能及铸态淬透性的影响、热处理工艺对超强挤压材铝合金组织与性能的影响、挤压-50%热压材铝合金组织性能与各向异性。如下为本文主要研究工作与结论:(1)研究了三种不同Zn/Mg比对Al-x Zn-2.8 Mg-1.21 Cu-0.194 Zr轧制材铝合金组织与性能的影响,Zn元素的具体含量分别为11.45%、8.86%与10.66%,Zn/Mg比值分别为4.16、3.27和3.61。研究发现,随着Zn/Mg比的增加,合金的强度明显的提高(由611.85 MPa提高为671.44 MPa),抗晶间腐蚀性能显著的改善(由121.19μm降为74.92μm),合金的原子半径差总和与体积差总和变小,合金的淬透性变好(单端淬透深度由54 mm增为66 mm),但是抗剥落腐蚀性能变差。因此,合金成分为Al-11.45 Zn-2.75 Mg-1.23 Cu-0.199 Zr时合金的综合性能最优。(2)研究了两种不同Cu/Mg比对Al-10.5 Zn-2.94 Mg-x Cu-0.192 Zr轧制材铝合金组织与性能的影响,其中Cu元素的具体含量分别为1.16%、2.06%,Cu/Mg比值分别为0.393(D3)、0.7(D4)。研究发现,随着Cu/Mg比的增加,合金的强度、塑性与抗剥落腐蚀性能相差不大,抗晶间腐蚀性能较明显的变差(由105.32μm增为161.41μm),合金的原子半径差总和与体积差总和变小,合金的淬透性变好(单端淬透深度由54 mm增为64 mm)。因此,合金成分为Al-10.66Zn-2.95 Mg-1.16 Cu-0.199 Zr时合金的综合性能最优。(3)通过成分优化设计、中频炉熔炼、大挤压比以及多步固溶与时效工艺,设计出超强挤压材铝合金(理论成分为:Al-10.7 Zn-2.8 Mg-1.2 Cu-0.2Zr)。研究发现:在固溶工艺450℃×2 h+460℃×2 h+465℃×2 h与时效工艺121℃×24 h热处理状态下的抗拉强度最高达787.12 MPa,但是合金的塑性比较差,延伸率仅为5.47%;在固溶处理制度为:460℃×2 h+470℃×2 h+480℃×2 h+490℃×2h;时效制度为:121℃×5 h+133℃×16 h热处理状态下合金具有良好的综合性能。虽然合金的强度损失了一部分,合金的抗拉强度为777.09 MPa,但是合金的塑性(延伸率由5.47%提升为7%)、抗晶间腐蚀性能(最大晶间腐蚀深度由99.45μm降至75.85μm)有了一定的提升。合金的单端淬透深度为52 mm,合金的淬透性比较好。(4)研究了挤压-50%热压材铝合金在L、T、S三个方向下的组织与性能,探究是否存在各向异性,能够得出挤压-50%热压材铝合金在L、T、S三个方向下的力学性能与抗腐蚀性能存在明显的各向异性。合金在L方向下具有最高的抗拉强度、硬度以及较低的电导率,分别为748.98 MPa、186.3 HV、31.438%IACS,T、S方向下合金的抗拉强度较L方向低80 MPa左右,硬度与电导率也存在差异;合金在L、T、S三个方向下的最大晶间腐蚀深度分别为274.99μm、179.8μm与228.87μm,剥落腐蚀等级分别为PC、PB与PB,每个方向上合金的最大晶间腐蚀深度相差比较大,合金的剥落腐蚀形貌也存在一定的差异。因此,挤压-50%热压材铝合金在L、T、S三个方向下的力学性能与抗腐蚀性能存在明显的各向异性。本文创新性的验证了原子半径差总和与体积差总和对淬透性的影响,实现了对合金成分、组织性能及铸态淬透性的有效调控,制备出了780 MPa强度50mm端淬透深度的超强铝合金。