7xxx系铝合金热处理工艺探讨

张人杰 尚丽丽

摘 要：因为铝合金无磁性、密度较低、散热功效好，同时具备非常高的强度，因此现阶段在各个领域均有着大量的运用。7xxx系铝合金是一种中高强度铝合金，不仅具备较高的强度，同时具备极强的加工性能与焊接性能等，其必然会获得大量的运用。本文就7xxx系铝合金的热处理工艺进行深入地探讨。

关键词：7xxx系铝合金；热处理；工艺

1 引言

高强铝合金凭借其强度高、密度较小以及优异的焊接性能等大量的运用至航空航天等相关机构。所以，各个国家的材料研究人员近几年内始终高度关注对于超高强铝合金的分析。经过改善合金的组分，运用全新的制坯手段与热处理技术，研制出不但具备600 MPa级抗拉强度，同时可以维持极强的耐腐蚀性、韧性与成本费用偏少的超高强铝合金，进而推动此原料在航空工业领域的充分运用。

2 7xxx系铝合金发展简介

在二十世纪初期，德国学者便开发出了Al-Zn-Mg系合金，然而因为此类合金抗剥落性与抗SCC性较差并没有获得产业运用。由二十世纪三十年代至二战结束这一时间段内，专家学者们在分析过程中发现Cu元素能够加强合金的综合力学性能，研发出了大量的Al-Zn-Mg-Cu系合金，却完全忽略了对于Al-Zn-Mg系合金的分析。苏、美等国家以Al-Zn-Mg-Cu系合金为基石研发出了B95、7075等合金，当今依然有着大量的运用，然而在运用过程中仍然无法达到抗SCC性、强度以及韧性间的最优组合。在二十世纪中叶，德国开发出了具备较强焊接性能的合金AlZnMg2与AlZnMg1，吸引了人们对于Al-Zn-Mg系合金的高度关注。在这一阶段，以AlZnMg1合金为基石，美国专家融入了M n、Cr以及Zr等其它相关元素，开发出了7004与7005合金，取得了优良的抗SCC性能与焊接性能，然而合金的工艺性能并不是非常之好，因此日本专家经过减少Mg含量与增加Zn/Mg值开发出了ZK61与ZK60和合金，取得极高的工艺性能与焊接性能，然而强度却急剧降低；除此之外，在相同阶段，前苏联同样开发出了1915、1933合金，然而其强度相对较低。为了能够加强强度，在二十世纪七十年代开发出了7020合金，其可焊接性强、强度较高。在此以后，人们的关注度又转移到了Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中。在二十世纪八十年代初期，美国专家以7075合金为基石，为了妥善处理工业运用SCC敏感性偏高的问题及达到部分独特的需求，经过调节合金元素的具体含量，同时研发出了几类全新的合金（7070、7175以及7178等等）。

3 7xxx系铝合热处理工艺

3.1 均匀化

均匀化也就是把铸锭加温至靠近同相线又或是共晶温度，长期保温以后冷却至室内温度，以使得可溶解的相组织全面溶解，产生过饱和固溶体及少许零散析出的细小质点。均匀化主要有二级均匀化、单级均匀化以及强化均匀化等等。其间强化均匀化与二级均匀化等是现阶段工艺运用的主要发展趋势。

单级均匀化能够避免7xxx系铝合金里面的低熔点元素发生过烧，加热温度相对偏低，均匀化成效相对较差；二级均匀化是最初产生的一类均匀化手段，因为7xxx系铝合金里面共晶相的同溶程度完全不一样，其共晶温度、共晶相构成以及共晶存在的状态同样完全不一样，因此7xxx系铝较适用二级均匀化。强化均匀化是经过稍超过以往均匀化的温度，大大增加均匀化的时间以实现均匀化的目标，均匀化程度较差，材料的铸态组织获得显著优化。伸长率与以往的均匀化相比增加了10%～15%，强度同样相对偏高，然而加工效率却非常之低。

二级均匀化的级别优先于單级均匀化，然而强化均匀化和二级均匀化对比而言，是以消耗大量的工艺时间为基础，在不形成过烧的温度背景下，加强了非均衡的过饱和固溶体与枝晶间粗大的均衡第二相的均匀程度，并且降低了第二相的体积分数，其对于加强7xxx铝合金的热塑性有着非常重要的意义。

3.2 固溶处理

针对7xxx系铝合金实施固溶处理是为了能够取得过饱和固溶体，以使得Mg、Cu、Si以及Zn等相关的硬化溶质能够均匀地渗入到铝基体里面，能够取得过饱和高密度固溶体，并且转变了7xxx系铝合金的过剩相的晶粒尺寸、数目以及形态的的固溶度，为接下来热处理完成好组织层面的准备工作。最为常用的工艺包含：单级固溶、多级固溶以及强化固溶等等。

3.3 时效

时效是经过转变7xxx系铝合金的时效工艺数据以优化合金的显微组织，进而加强合金综合性能的一类热处理工艺。现阶段较为常见的有：单级时效、双级时效等等。

针对7xxx系铝合金而言，单级时效仅仅和时间与温度数据相关，温度起着主导性的作用。温度愈高，实现峰值所需要的时间也就愈少，电导率的上升也就更加之快。然而材料的强度和伸长率降低较为显著，材料的韧性、强度以及抗SCC性等遭受时效环境的影响极其明显。

双级时效是先低温、后高温两个不同的时期。在低温背景下取得GP区为主导的细小沉淀相，部分可以在高温时效温度背景下平稳存在的GP区首先成核转化，等同于形核时期。但是在后高温时期，经过过渡相的沉淀与晶界架构的改变，进而取得均匀分布的MPt与较大不持续的GBP架构，等同于稳定化时期。双级时效促使合金的晶界与晶内能够析出相具备显著的长大与粗化特点。同时伴随第二级时效温度的增加，晶界与晶内的析出物渐渐生长。晶界析出相的布局更为零散，其为优化合金的抗应力腐蚀性能奠定了较好的基础，然而其强度却不断下降。

3.4 深冷处理

7xxx系铝合金经过固溶处理取得高强度韧性之时，同时存在着较多的淬火残余应力。在较大程度上削弱了航空部件的抗疲劳性与抗SCC性，及机械制造尺寸的不平稳性等等。因为固溶处理自身的工艺特征，难以运用高温以应力退火。同时很难经过机械振动、拉伸又或是压缩等应力去除方式，所以部分专家创新出了深冷处理，同时大量应用于7xxx系铝合金中。

3.5 形变热处理

形变热处理是一种经过塑性形变与热处理相互融合的工艺方式，以优化过于沉淀相的布局与合金的精细架构，以得到极强的抗腐蚀性与强韧性。其是在1981年的时候由Wert等人所提出的一种工艺，此种工艺大都运用于字航架构的合金。相关研究表明，形变热处理对于7475、7050合金的力学性优化有着非常显著的成效。近几年内，人们对于超塑性能的加强进行了大量的分析，然而针对热处理丁艺的分析却非常之少。

4 结论

总而言之，7XXX系铝合金凭借其高强度、小比重以及良好的焊接性能等优势，已经发展成大量运用于航空航天业的重要材料之一，各个国家的材料研究者对于7XXX系铝合金始终维持着较高的关注度，在较大程度上推动了7XXX系铝合金在各行各业中的运用。

参考文献：

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